通过原位O3氧化生长的原子层沉积Al2O3薄膜与薄SiO2层

本文研究了在裸(100)Si和各种氧化Si晶圆上通过原子层沉积(ALD)生长的Al2O3薄膜的生长、热退火行为和电气特性，采用400°C的原位O3氧化和900°C的氧气气氛下的外部快速热退火(RTA)。ALD过程使用Al(CH3)3和高浓度的O3(400gm3)。O3的高氧化潜力在薄膜生长的早期阶段氧化Si表面，并消除了在裸Si表面上的潜伏期。生长的Al2O3薄膜中含有过量氧，这些氧扩散至薄膜与Si界面，并在后退火过程中通过氧化Si基底增加了界面层。生长在裸Si基底上的Al2O3薄膜具有最高的过量氧浓度，导致后退火过程中界面层厚度的最大增加。因此，Si晶圆的初始氧化未显著降低与非氧化Si晶圆在沉积和后退火状态下生长的薄膜的电容密度。因此，使用高浓度O3氧化剂在原位O3氧化的Si晶圆上生长的Al2O3层表现出真正的高k栅极绝缘体性能，尽管Al2O3薄膜的介电常数相对较小(∼9)，与其他高k栅极绝缘体薄膜相比。