NH3和N2混合等离子体预处理对锗MOS器件性能的影响

作者：乌李瑛^*; 柏荣旭; 瞿敏妮; 付学成; 田苗; 马玲; 王英; 程秀兰

来源：材料导报, 2021, 35(14): 14012-14016.

• 锗MOS
• 原子层沉积
• 原位等离子体预处理
• 二氧化铪薄膜
• 高介电常数
• 漏电流密度

对锗衬底进行NH3和N2混合等离子体(V(NH3)∶V(N2)=5∶1)原位预处理,其自然氧化层GeOx反应生成GeOyNz。XPS结果显示,随着预处理时间的延长,GeOyNz厚度稍有增加。结构为500 nm Al/20 nm Ti/10 nm HfO2/Ge的锗MOS电容样品,在1 V的偏压下,未经过原位等离子体预处理的样品的漏电流密度为10-4A/cm2量级,而120 s NH3/N2混合等离子体预处理后的样品的漏电流密度减小到10-5A/cm2量级;所有等离子体预处理样品的C-V曲线不存在明显的翘曲变形,表明样品的界面陷阱电荷密度较低;通过C-V曲线计算可得,NH3/N2混合等离子体预处理60 s后样品的等效电容约为17,小于理想HfO2的介电常数值,说明预处理条件下仍有不可忽略的层间电容。与其他预处理方法相比,NH3/N2混合等离子体原位预处理锗衬底可以更加有效地提高锗衬底上原子层沉积HfO2层间界面的质量,抑制Ge向HfO2的扩散,对界面的陷阱电荷有重要的限制作用。在提高锗MOS器件的性能方面,NH3和N2混合等离子体原位预处理的方法在工业生产中更具有潜在优势。

• 单位
  上海交通大学