Улучшены пленки для полупроводников нового поколения

Ученые Института физики полупроводников (ИФП СО РАН) усовершенствовали пленки high-k диэлектрика на основе диоксида гафния (HfO2). Эти материалы важны для создания более энергоэффективных полупроводниковых устройств.

Зачем нужны high-k диэлектрики?

Сейчас в транзисторах обычно используют диоксид кремния (SiO2). Но у него низкая диэлектрическая проницаемость (около 3,9). High-k диэлектрики (с высокой диэлектрической проницаемостью) позволяют:

• Увеличить толщину изолирующего слоя, уменьшив утечки тока.
• Открывать транзистор при более низком напряжении.
• Создавать устройства с меньшим энергопотреблением.

Один из перспективных high-k диэлектриков — диоксид гафния. В орторомбической фазе его диэлектрическая проницаемость достигает 25. Эта фаза также обладает сегнетоэлектрическими свойствами, то есть может сохранять электрическую поляризацию без внешнего поля. Это открывает возможности для создания новых типов памяти или транзисторов с регулируемым порогом.

Проблема и решение

Орторомбическая фаза диоксида гафния нестабильна и легко переходит в другие формы, например, моноклинную. Обычно ее стабилизируют, добавляя цирконий.

Ученые ИФП СО РАН под руководством аспиранта Владимира Жилицкого пошли другим путем:

• Они легировали диоксид гафния оксидом алюминия в соотношении 15 к 1, чередуя монослои этих двух диэлектриков.
• Пленки выращивались методом плазменно-стимулированного атомно-слоевого осаждения (PEALD).
• Затем их переносили с тонким слоем кремния на кремниевую подложку, создавая «захороненную» структуру, где диэлектрик изолирован кремнием с обеих сторон.

Результаты

Исследования показали, что небольшие участки орторомбической фазы диоксида гафния, легированного алюминием, остаются стабильными при температуре до 900 градусов Цельсия. Это необычно высокая температура для сохранения этой фазы, что может быть особенностью легирования алюминием. Однако большая часть диоксида гафния все равно переходит в моноклинную фазу.

Источник: Время электроники