基于原子层淀积Al2O3及多层TiN结构的MIS电容早期失效研究及工艺优化

研究采用化学气相沉积多层TiN薄膜、原子层沉积Al2O3及半球型晶粒多晶硅制备金属－绝缘体－硅结构的电容器。并研究了沉积工艺及后处理对金属－绝缘体－硅电容器的TDDB(时间相关电介质击穿)性能的影响。通过优化前驱物为Al(CH3)3和O3的原子层淀积工艺制备得到Al2O3薄膜，利用俄歇电子能谱分析没有发现碳残留，且二次离子质谱分析结果表明氢含量可降低至约9 1019atoms/cm3。电容器上极板是利用反应物为TiCL4和NH3的化学气相沉积制备的多层结构TiN, 且每层TiN薄膜经过120秒的氨气氛后处理。因多层结构TiN可获得更薄的非晶态层从而成为更好的扩散阻碍层，能有效地阻碍杂质元素扩散到Al2O3导致其介电性能退化。X射线色散谱分析结果表明，该电容器的TiN薄膜中未发现氯残留。该电容器工作电压区间的漏电流低于1 10-12 A/cm2。在与时间相关的加压加温可靠性测试条件下无早期失效现象。该新型电容器因其更低杂质成分从而有着优良的可靠性，可应用到先进的动态随机存储器技术。