Fe、Ni杂质对La_2O_3薄膜介电性能影响规律的研究

Abstract

随着集成电路晶体管的特征尺寸越来越小,栅介质层的厚度越来越薄,从而引发器件大的漏电流和热损耗。因此,需要寻找介电性能更为优异的新型栅介质材料以满足集成电路发展需求。稀土氧化物薄膜凭借高介电常数(高k)、高禁带宽度以及与硅接触优异的稳定性等优势越来越受到人们的关注,被认为是最有望替代目前商用高k栅介质HfO_2的材料之一。磁控溅射技术制备的高k稀土氧化物薄膜的介电性能与稀土靶材的纯度密切相关。本工作采用高纯稀土La靶与过渡金属靶磁控共溅射的方式,考察了过渡族Fe、Ni杂质对La_2O_3高k栅介质薄膜微观组织、表面粗糙度、禁带宽度、能带偏移的影响规律,研究了Fe、Ni掺杂含量与La_2O_3薄膜介电常数和漏电流的变化关系。结果表明:Fe杂质的存在会降低k值,增加漏电流,恶化器件性能,属于有害杂质,需要重点去除;而适当Ni杂质存在会增大k值,降低漏电流,属于有益杂质。揭示了Fe、Ni杂质对稀土栅介质薄膜介电性能的影响规律,为微纳电子制造用高纯稀土及靶材提纯去除关键敏感杂质提供了参考。