超光滑的亚纳米化学SiO2表面和通过Si/HfO2MOS设备的高pH化物处理增强的接口特性
Yu-Chen Chang1, Mykhaylo Motylenko2, Yu-Tzu Liao3
1Institute of Semiconductor Electronics, RWTH Aachen University, 52074 Aachen, Germany.
ACS applied materials & interfaces
|March 4, 2026
概括
对于/高-κ介电材料的接口工程至关重要. 一种新的化物处理创建了一个超光滑的化学二氧化层,通过减少缺陷和增强稳定性,显著提高设备性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 半导体物理 半导体物理
- 表面化学 表面化学
背景情况:
- /高κ介电金属氧化物半导体 (MOS) 设备的接口工程对于性能至关重要.
- 传统的HF-last工艺产生容易发生界面反应的终结表面,导致化物,酸盐和氧空缺等缺陷.
研究的目的:
- 开发一种超光滑的化学二氧化 (SiO2) 介层,用于先进的Si/高-κ门堆.
- 为了克服与传统表面处理相关的界面反应挑战.
主要方法:
- 使用高pH化物溶液 (NH4F/NH4) 2SO3/NH4OH) 进行超低压,自限蚀刻表面.
- 通过量身定制的化物化学,形成一个亚纳米 (∼2个单层) 的化学SiO2层.
- 制造的HfO2门堆叠在处理的表面上,并且具有特征的界面特性.
主要成果:
- 通过消除表面特征,实现了原子光滑的SiO2表面 (Rq = 0.06nm).
- 显著改善了接口性能,包括80%降低了接口陷密度和60%降低了固定氧化物电荷.
- 观察到增强的故障电压和载体传输机制的转移.
- 通过使用HRSTEM和EDS.确认了一个原子光滑和突如其来的SiO2 / HfO2接口,没有元素混合.
结论:
- 建立了一个简单的,行业兼容的方法来创建原子光滑的SiO2介层.
- 在化学SiO2形成中克服了异质生长和粗的挑战.
- 在Si/高-κ门堆中启用了强大的接口控制,为先进的Si CMOS技术提供了可扩展的途径.
