Моделирование роста диэлектрической пленки ZrO2(HfO2) и изучение электрических свойств границы раздела диэлектрик-металл

• Автор: Искандарова, Инна Марсовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПОДХОДА И ДЕТАЛИ РАСЧЁТОВ
1.1. Описание использованных методик и подходов
1.1.1. Введение в теорию функционала плотности
1.1.2. Методы Монте-Карло
1.1.2.1. Метод Монте-Карло
1.1.2.2. Метод кинетического Монте-Карло
1.1.2.3. Решёточный и динамический методы кинетического Монте-Карло
1.1.3. Метод молекулярной динамики
Уравнения движения
Функционал энергии для МД
1.1.4. Метод РАР расчёта электрических свойств
1.2. Детали расчёта и верификация
2. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИИ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ZR02 И HFOz НА ОСНОВЕ РАСЧЁТОВ «ИЗ ПЕРВЫХ ПРИНЦИПОВ»
2.1. Анализ литературы
2.2. Адсорбция молекул воды на поверхностях Zr02 (НГОД
2.2.1. Релаксация поверхностей Zr02 (НГО2) для различных степеней гндроксилирования поверхности
2.2.1.1. Поверхность (001) тетрагональной фазы Zr02
2.2.1.2. Поверхность (101) тетрагональной фазы Zr02
2.2.1.3. Поверхность (001) моноклинных фаз Zr02 и НЮ2
2.2.2. Зависимость энергии адсорбции воды от степени гндроксилирования для различных поверхностей Zr02 (НГО2)
2.2.3. Адсорбция воды на дефектах поверхности t-Zr02 (001)
2.2.4. Моделирование степени гидроксилирования поверхности в условиях равновесия и температурно-программированной десорбции
2.2.5. Отличия свойств пленок Zr02 и НЮ2, осаждаемых методом ALD
2.3. Адсорбция хлоридных предшественников па поверхности Zr02
2.3.1. Релаксация структур адсорбированных предшественников на поверхности Zr02
2.3.1.1. Чистая поверхность t-ZrO2(00I)
2.3.1.2. Поверхность t-ZrO2(001) при 25%-ом гидроксилировании поверхности
2.3.1.3. Поверхность t-ZrO2(001) при 50%-ом гидроксилировании поверхности
2.3.1.4. Поверхность t-ZrO2(001) при 100%-ом гидроксилировании поверхности
2.3.2. Зависимость энергии адсорбции металлохлоридных предшественников от степени покрытия и степени гидроксилирования поверхности
2.4. Выводы
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РОСТА ПЛЁНКИ В ПРОЦЕССЕ АТОМНОГО ОСАЖДЕНИЯ СЛОЁВ
3.1. Анализ литературы
3.2. Редуцирование кинетического механизма роста плёнки НЮ2 методом ALD
3.3. Модель метода кинетического Монте-Карло для описания роста плёнок в процессе послойного
осаждения

3.4. Зависимость шероховатости поверхности плёнки от условий осаждения НГС)2
3.4.1. Покрытие плоской поверхности методом К1.МС
3.4.2. Молекулярно-динамическое моделирование релаксации плёнки
3.4.3. Моделирование методом К1МС скорости роста и шероховатости плёнки
3.5. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ИНТЕРФЕЙСОВ «ИЗ ПЕРВЫХ ПРИНЦИПОВ»
4.1. Проблемы интерфейса НЮ2 с кремнием
4.2. Электрические свойства интерфейса ЬаАЮ3 с кремнием
4.2.1. Анализ литературы
4.2.2. Свойства интерфейса
4.3. Электрические свойства интерфейса /г02 с металлом
4.3.1. Анализ литературы
4.3.2. Зависимость работы выхода Мо (110) от степени окисления
4.3.2. Зависимость смещения зон на интерфейсе от степени окисления интерфейса 2Ю2 / Мо
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

К числу важных технологических факторов, стимулирующих развитие исследований поверхности и границ раздела полупроводников, относится общая тенденция микроэлектроники к миниатюризации приборов и элементов интегральных схем. Уменьшение габаритов традиционных МОП-транзисторов обеспечивается в настоящее время путём простого масштабирования, то есть, уменьшением длины затвора, толщины диэлектрика и глубины залегания ptn-канала [1]. Однако, дальнейшее уменьшение размеров в рамках традиционной конструкции наталкивается на физические ограничения.
Толщина плёнки диоксида кремния (Si02), используемого сейчас в качестве подзатворного диэлектрика, всего 1.2 нм, и, чем меньше транзистор, тем тоньше должен быть подзатворный диэлектрик. Столь малая толщина диэлектрика необходима для получения не только малых габаритов транзистора в целом, но и для высокого быстродействия. Однако, обратной стороной этого является большая «прозрачность» такой тонкой плёнки для паразитных токов утечки из затвора в канал, поскольку дальнейшее уменьшение толщины Si02 является проблематичным из-за фундаментальных физических ограничений, связанных с прямым туннелированием носителей через слой диэлектрика и потерей изолирующих свойств Si02 толщиной менее 0.8 нм. В современных высокоинтегрированных микросхемах с сотнями миллионов транзисторов на одном кристалле токи утечки становятся одной из фатальных проблем, препятствующих дальнейшему наращиванию количества транзисторов на кристалле.
Чтобы стало возможным дальнейшее уменьшение эквивалентной толщины (EOT) диэлектрика, необходима замена Si02 на материал с более высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости (high-/:) [2, 3]:
EOT = , ,
к lhigh-k ,
high-k
где kSi02 — диэлектрическая проницаемость диоксида кремния, khigh.k — диэлектрическая проницаемость high-& диэлектрика, thigh.k — физическая
(а) (б)
Рис. 10. Адсорбция воды на /-2Ю2(101) при 100%-ом покрытии: (а) диссоциативная адсорбция; (б) молекулярная адсорбция. (Обозначения — см. примечание к Рис. 6.)
2.2.1.3. Поверхность (001) моноклинных фаз 1г02 и Н/02
Адсорбция воды на поверхности (001) моноклинных фаз Хх02 (НЮ2) была рассчитана для 50%-ого и 100%-ого покрытий с использованием ячейки 1x1. Получившиеся структуры очень сходны для обоих диоксидов, поэтому на рисунках приведён только случай диоксида циркония. Обнаружено, что диссоциативная адсорбция на этой поверхности для обоих диоксидов подобна адсорбции на поверхности ?-2Ю2(001) и приводит к формированию мостиковых гидроксильных групп. В случае 50-%-ого покрытия атом кислорода молекулы воды адсорбируется на поверхности между двумя рядами Ме-О-Ме с самым коротким расстоянием Ме-Ме (см. Рис. 11(а)) и формирует две связи Ме-0 с длинами 2.17 А, 2.29 А для 2г02 и 2.12 А, 2.28 А для НЮ2. Молекулярная адсорбция на поверхности (001) приводит к формированию связи между атомом металла и молекулой Н20 (см. Рис. 11(6)), подобно молекулярной адсорбции на поверхности /-7г02(Ю1).