镧系元素掺杂二氧化铪的介质弛豫和更高介电常数研究

掺杂氧化铪是新近发现的一类具有更高介电常数的栅氧介质，本项目主要研究其在22nm集成电路工艺技术中的应用。本研究的目标是：在现有研究的基础上，通过抑制掺杂氧化铪的介质弛豫，将其介电常数提高到 40以上。为此，本项目主要研究以下五方面内容：1、优化掺杂氧化铪介质薄膜的生长条件和退火条件，从而控制其单斜晶相、立方体晶相和四面体晶相的晶粒尺寸，并降低其残余应力；2、选择不同掺杂元素和掺杂浓度，来抑制掺杂离子扩散所导致的介质弛豫；3、研究介质中氧空位和电子陷阱所形成的偶极矩对介质弛豫的影响；4、研究减小高k介质和硅衬底间界面层的残余应力的方法；5、测试介质薄膜的漏电流和平带电压漂移，分析镧系氧化铪介质的可靠性。在此基础上，本项目将基于Curie-vonSchweidler定律和Kohlrausch-Williams-Watts关系，建立高k介质中介质弛豫的理论模型，并研究模型背后的物理意义。

掺杂氧化铪是新近发现的一类具有更高介电常数的栅氧介质，本项目主要研究其在22nm 集成电路工艺技术中的应用。本研究的目标是：在现有研究的基础上，通过抑制掺杂氧化铪的介质弛豫，将其介电常数提高到 40 以上。为此，本项目主要研究了以下五方面内容：1、非本征频散的考虑和k值的提取，2、掺杂氧化铪介质弛豫的数学和物理模型，3、生长条件和退火条件对掺杂氧化铪介质弛豫的影响，4、晶粒尺寸对介质弛豫的影响，5、介质弛豫的机理和控制，6、为分析镧系氧化铪介质的可靠性而建立的测试介质薄膜的漏电流和平带电压漂移的手段。另外，也研究了介质中氧空位和电子陷阱所形成的偶极矩对介质弛豫的影响。