原子层沉积（ALD）Al2O3钝化对HfYO/Si栅堆叠界面化学、能带排列及电学特性的影响

摘要： 本研究探讨了不同厚度的原子层沉积（ALD）Al2O3钝化层对溅射制备的HfYO栅介质与Si衬底界面化学及电学特性的影响。电学测试和X射线光电子能谱（XPS）结果表明，1纳米厚的Al2O3钝化层能优化HfYO/Si栅堆叠的界面性能。随后制备了具有HfYO/1纳米Al2O3/Si/Al栅堆叠的金属-氧化物-半导体电容器，并在95%氮气+5%氢气的形成气体中经不同温度退火。电容-电压（C-V）和电流密度-电压（J-V）特性显示：相比其他样品，250℃退火的HYO高k栅介质薄膜表现出最低的界面陷阱电荷密度（-3.3×101? cm?2）和最小的栅极漏电流（2V时为2.45×10?? A/cm2）。此外，系统研究了Al/HfYO/Al2O3/Si/Al MOS电容器漏电流随退火温度变化的传导机制。详细电学测量表明：在低中电场区以泊松-弗伦克尔发射为主导机制，高电场区则以直接隧穿为主导传导机制。