通过TiN被动化增强原子层沉积的MoN电极的氧化阻力和接口稳定性,用于DRAM电池电容器应用
Wangu Kang1, Ji Sang Ahn1, Jae Hyeon Lee1
1Department of Materials Science and Engineering, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 01811, Republic of Korea.
ACS applied materials & interfaces
|October 15, 2024
概括
化 (MoN) 薄膜对动态随机存取内存 (DRAM) 电容器具有前景,因为它们具有出色的电气和机械性能. 使用化 (TiN) 的被动化显著提高了它们在金属绝缘体金属电容器中的稳定性和性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电气工程 电气工程
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 动态随机存储器 (DRAM) 电容器的小型化需要先进的电极材料.
- 关键要求包括低电阻,高工作功能,化学稳定性和强大的机械性能.
- 化 (MoN) 被探索为这些苛刻的应用的潜在候选人.
研究的目的:
- 通过使用等离子增强原子层沉积 (PEALD) 来研究用于DRAM电容电极的化 (MoN) 薄膜的沉积和性能.
- 评估MoN电极的性能,特别是它们的稳定性和与高k介电材料的接口质量.
- 开发提高MoN电容器的化学稳定性和电性能的策略.
主要方法:
- 在200至400°C的温度下,通过PEALD使用bis(isopropylcyclopentadienyl) molybdenum(IV) 二化物和NH3等离子体沉积MoN薄膜.
- 描述了薄膜的特性,包括Mo/N比率,晶体结构,电阻,工作功能和机械硬度.
- 在MoN电极和HfZr1-xO2 (HZO) 介电器之间引入了一层薄的化 (TiN) 消极化层,以评估其对稳定性和性能的影响.
主要成果:
- PEALD MoN 薄膜表现出可调节相 (MoN 到 Mo2N) 和与沉积温度相关的特性.
- 在400°C下沉积的MoN薄膜具有低电阻 (435μΩ·cm),高工作功率 (5.28 eV) 和良好的机械硬度 (11.3 GPa).
- 然而,MoN电极表现出较差的氧化阻力和与HZO的接口问题,降低了电容器性能.
- 引入TiN被动化层 (2.514 nm) 显著增强了氧化阻力和减少了界面反应.
- 通过TiN被动化的MoN电极产生了具有出色的介电性质,低泄漏率和高机械强度的金属绝缘体金属 (MIM) 电容器.
结论:
- 增强等离子体原子层沉积 (PEALD) 是有效的制造化 (MoN) 薄膜与DRAM电容器可调节的属性.
- 化 (TiN) 消极化层对于克服MoN电极的化学不稳定性至关重要,使高性能MIM电容器成为可能.
- TiN/MoN电极结构为下一代DRAM电容器存储节点提供了一个有前途的解决方案.
