Fabrication and electrical characterization of Ge/GeOx/Al2O3/HfO2 MOS capacitors

• Main Author: Zurauskaite, Laura
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för informations- och kommunikationsteknik (ICT) 2016
• Subjects: Nano Technology; Nanoteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-204909

Continuous scaling of complementary metal oxide semiconductor (CMOS) devices has led to constant increase in device performance. However, as scaling becomes more difficult with every technological node, alternative channel materials that could replace silicon (Si) are being investigated [1]. Germanium (Ge) is an attractive material because of its four times higher hole mobility and twice higher electron mobility compared to silicon [2]. Nevertheless, Ge suffers from surface passivation issues that need further investigation. A modification of oxidation through a barrier layer method proposed by Takagi group[3] has been employed for the fabrication of MOS capacitors. Ozone oxidation has been performed in-situ in atomic layer deposition (ALD) chamber using Al2O3 layer as a barrier. Combinations of barrier thickness and ozone generator power have been investigated together with the influence of the oxidation time. Electrical characterization has revealed that the Ge/oxide interface is improved while employing high ozone generator power oxidation through a thin (~0.47 nm) barrier as well as prolonged oxidation times up to 15 min. Interface state density has been suppressed to lowto mid 1012 cm-2eV-1. === Kontinuerlig skalning av komplementär MOS teknologi (CMOS), har lett till konstant förbättrad prestanda hos integrerade CMOS-kretsar. Fortsatt nerskalning möter dock större hinder för varje teknologinod och forskare undersöker alternativa material till kisel (Si) [1]. Germanium (Ge) är ett attraktivt material eftersom hålmobiliteten är fyra gånger och elektron mobilitet två gånger högre än hos kisel [2]. En utmaning med att bygga CMOOS pp Ge är att det är svårt att passivera Ge. I denna avhandling undersöks en modifikation på metoden att oxidera genom ett barriärlager som föreslagits av gruppen som leds av Takagi [3]. Ozon oxidering har utförts in-situ i en atmoic layer deposition (ALD) kammare där Al2O3 användes som ett barriär lager och MOS kondensatorer har tillverkats och karakteriserats. Kombinationer av barriär tjocklek och ozongeneratoreffekt har undersökts tillsammans med influensen av oxideringstid. Karakterisering av elektriska egenskaper har visat att gränsytan mellan germanium och oxid förbättras då en hög ozongeneratoreffekt används för att oxidera genom en tunn (~0.47 nm) barriär och genom att använda en förlängd oxideringstid upp till 15 min. Defektdensiteten (Dit) vid gränssnittet till Ge sjönk med oxideringstiden och som lägst uppmättes till ~3·1012 cm-2eV-1.