[发明专利]一种减小氧化铪栅介质漏电流的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化铪(HfO₂)，尤其是涉及一种减小氧化铪栅介质漏电流的方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，晶体管的特征尺寸不断等比例缩小，为了避免短沟道效应，栅 氧化层的厚度也需近似成比例地减薄，32nm技术节点时传统的SiO₂栅介质需减薄到1nm之 下[1-2]，这将使得电子以直接隧穿的方式通过栅介质层而导致栅漏电流的增大。与SiO₂相比， 高κ介质材料因其具有较大的介电常数，使其在相同的等效氧化层厚度(EOT)的条件具有 更大的物理厚度，从而抑制电子的直接隧穿，减小栅漏电流。其中，氧化铪(HfO₂)因具有 较大的介电常数(～25)、相对较大的带隙(～5.8eV)、相对较好的热稳定性等特点而成为 最有前景的SiO₂栅介质替代材料[2-5]。然而，HfO₂材料本身具有较高的氧空位，氧空位可在 带隙中引入施主能级[1,6]而成为电荷陷阱和漏电通道，增大栅漏电流，降低了HfO₂的性能。

目前，解决HfO₂中氧空位密度较高的问题主要采用的方法是对HfO₂进行O₂或NH₃环 境下退火[7]，其中，O₂退火可以对HfO₂进行再氧化以降低氧空位密度，NH₃退火可以在HfO₂材料中掺入N原子从而耦合氧空位消除氧空位在禁带中引入的陷阱能级。然而，HfO₂材料结 晶温度低(～400℃)，退火容易使非晶态的HfO₂变为多晶态，多晶晶界存在缺陷，将成为漏 电的通道，从而增大器件的栅漏电流，降低器件的性能。

参考文献：

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