Deliverables and Services - IHP Microelectronics

Amorphe und kristalline
BaHfO 3 -Schichten für DRAM-Anwendungen
Die aktuelle Forschung ist maßgeblich auf die Verbesserung
der dielektrischen Konstante von HfO 2 fokussiert,
um die Leckströme bei geringen äquivalenten
Oxidschichtdicken zu reduzieren. Es gibt aber auch ein
wachsendes Interesse an kristallinen Verbindungen, die
die ABO 3 -Perovskit-Struktur besitzen, wo A ein erdalkalisches
Element und B ein Element der Titan-Untergruppe
ist. Soweit wir wissen, gibt es noch keine Veröffentlichungen,
die die dielektrischen Eigenschaften
von BaHfO 3 -Schichten in einem für mikroelektronische
Anwendungen relevanten Dickenbereich (< 50 nm)
betreffen. Deshalb haben wir uns der Präparation und
Charakterisierung von dünnen dielektrischen BaHfO 3 -
Schichten im Hinblick auf Anwendungen in Dynamic
Random Access Memory (DRAM) Speicher-Kondensatoren
gewidmet.
BaHfO 3 -Schichten wurden durch gleichzeitiges Verdampfen
von HfO 2 und BaO in einer Molekularstrahl-Beschichtungskammer
präpariert. Als Substrate dienten
12 nm dicke TiN-Schichten auf Si(100)-Wafern, die mittels
eines Magnetrons gesputtert wurden. Während der
Abscheidung des Dielektrikums betrug die Substrattemperatur
400 °C. Die chemische Zusammensetzung der
dielektrischen Schichten wurde in situ mittels Photoelektronenspektroskopie
(XPS) kontrolliert und ex situ
mittels Rutherford-Rückstreumessungen bestätigt. Die
physikalische Dicke der Dielektrika wurde durch Röntgen-Reflektometrie
(XRR) und die Kristallinität sowohl
durch Röntgen-Beugung (XRD) als auch mit Hilfe der
Durchstrahlungs-Elektronenmikroskopie (TEM) bestimmt.
Die kapazitive äquivalente Dicke (CET) und
die Leckstromwerte wurden aus Kapazitäts-Spannungs-
(CV) und Strom-Spannungs-Messungen (JV) extrahiert,
die an Au / Dielektrikum / TiN-Kondensatoren mit einer
Fläche von 1 x 10 -3 cm 2 vorgenommen wurden. Ausgewählte
Proben wurden nach der Beschichtung einer
schnellen Wärmebehandlung (RTA) in N 2 für 15 s bei
verschiedenen Temperaturen unterzogen.
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A U S G E w ä H L T E P R O J E K T E – S E L E C T E d P R O J E C T S
Amorphous and Crystalline
BaHfO 3 Layers for dRAM Applications
Current research is primarily focused on improving
the dielectric constant of Hfo 2 to reduce leakage
currents at low equivalent oxide thicknesses. there
is also a growing interest in crystalline compounds
having the perovskite ABo 3 structure, where A is an
alkaline earth element and B is an element of the titanium
subgroup. to the best of our knowledge, there
are no publications yet concerning the dielectric properties
of BaHfo 3 layers with thicknesses in the range
relevant for microelectronic applications (< 50 nm).
therefore, we have turned our attention to the preparation
and characterization of thin BaHfo 3 dielectric
layers in view of dynamic random access memory
(DRAM) storage capacitor applications.
BaHfo 3 films were prepared by co-evaporation of
Hfo 2 and Bao in a molecular beam deposition chamber.
Magnetron sputtered 12 nm thick tin layers on
Si(100) were used as substrates. During dielectric
deposition, the substrate temperature was kept at
400 °C. the chemical composition of the dielectric
layers was controlled by in-situ X-ray photoemission
spectroscopy (XpS) and verified by ex-situ Rutherford
backscattering measurements. physical thickness of
the dielectrics was measured by X-ray reflectometry
(XRR) and the crystallinity both by X-ray diffraction
(XRD) and transmission electron microscopy (teM).
Capacitance equivalent thickness (Cet) and leakage
current values were extracted from capacitance-voltage
(CV) and current-voltage (JV) measurements
performed on Au / dielectric / tin capacitors with an
area of 1 x 10 -3 cm 2 . Selected samples were subjected
to post deposition rapid thermal annealing (RtA) in
n 2 ambient for 15 s at various temperatures.