Nd2O3掺杂的HfO2高k栅介质薄膜ALD制备及性能研究

采用原子层沉积技术(ALD)制备了Nd2O3掺杂的HfO2高k栅介质薄膜(Hf-Nd-O),通过X射线光电子能谱(XPS)研究了薄膜中元素的成分、 结合能及化学计量比,分析了Nd2O3掺杂后薄膜中氧空位浓度和界面层成分的变化;通过测量薄膜的光致发光(PL)图谱,比较了Nd2O3掺杂前后铪基薄膜中的氧空位浓度变化,分析了Nd2O3掺杂对HfO2薄膜中氧空位浓度的影响;通过高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)研究了薄膜厚度及形态;制备了Pt/HfO2(Hf-Nd-O)/IL/n-Si/Ag MOS结构,应用半导体参数测试仪得到薄膜的电容-电压(C-V)和漏电流密度-电压(J-V)特性曲线.结果表明,Nd2O3掺入HfO2薄膜后,整个铪基薄膜体系的氧空位减少,Hf-O键的结合能提高,Hf和O的原子比更接近理想的化学计量比(1:2);在同样物理厚度与界面制备工艺条件下,Nd2O3的掺入使得MOS结构的饱和电容值提高,EOT降低,Vg=(Vfb+1)V时,Nd2O3掺杂的HfO2薄膜的漏电流密度为8.7×10-3 A·cm2,相比于纯HfO2薄膜的3.5×10-2 A·cm2有明显降低,电学性能整体得到提高.