陈元安

(商丘职业技术学院，河南 商丘 476100)

随着超大规模集成电路技术的快速发展，传统的SiO2栅介质层将达到其应用的物理极限，寻找新的栅介质材料来代替传统的SiO2已成为当前研究的热点[1-2].晶体Y2O3的介电常数为12～20，有较大的禁带宽度 (5.1 ev)，在Si表面有较大的导带偏移 (2.3 ev)，而且Y2O3具有Mn2O3立方结构，晶格常数为1.06 nm，接近硅晶格常数的2倍，因此，比较容易制成高度择优取向的薄膜，是一种理想的硅基片外延生长候选介质材料.Apostolopoulos[3]等人采用MBE方法得到了Y2O3单晶薄膜，界面层得到了很好的控制，厚度仅为0.2 nm～0.3 nm.EOT为1.0 nm的非晶体Y2O3超薄膜在800 ℃以下退火，漏电流只有10-8A/cm2～10-6A/cm2，在同样EOT情况下，大大优于SiO2超薄膜，并且在950 ℃退火后，电学性能没有遭到破坏，而且所测得的Y2O3平带电压漂移仅为300 mV～600 mV，优于Al2O3的平带特性.另外，由于Y3+离子半径比La3+离子半径小，Si在Y2O3中的扩散比在La2O3中的扩散弱，从而使得Y2O3/Si体系与La2O3/Si体系相比，前者将会有更好的界面特性.

N掺杂技术的使用，能够进一步提高栅介质的界面稳定性和降低漏电流，同时可以有效地减小硼或磷搀杂剂的扩散.例如N掺杂的HfO2、ZrO2等体系已被广泛研究，结果表明，N掺杂能有效提高HfO2、ZrO2薄膜的晶化温度，增加薄膜的热稳定性，改善薄膜的电学特性.N掺杂对晶化的影响，表现为原子扩散率的降低，从而减缓薄膜晶粒的生长，这也被第一原理计算得到证实.已有研究表明，在high-k材料中通过等离子方法引入N元素能够得到更小的EOT、漏电流和更高的沟道载流子迁移率，同时又能保证很好的薄膜热……