Электронные и электрофизические свойства границ раздела металл/диэлектрик тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Матвеев, Юрий Александрович АВТОР
кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ
2011 ГОД ЗАЩИТЫ
   
01.04.07 КОД ВАК РФ
Диссертация по физике на тему «Электронные и электрофизические свойства границ раздела металл/диэлектрик»
 
Автореферат диссертации на тему "Электронные и электрофизические свойства границ раздела металл/диэлектрик"

4853411

На правах рукописи

МАТВЕЕВ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЭЛЕКТРОННЫЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ГРАНИЦ РАЗДЕЛА МЕТАЛЛ/ДИЭЛЕКТРИК (МЕТАЛЛ=Аи, N1, А1, Ре, в<1, ДИЭЛЕКТРИК=НГО2, ЬаАЮ3,

А1203)

01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор

2 2 СЕН 2011

Москва 2011

4853411

Работа выполнена в Национальном исследовательском ядерном университете

«МИФИ»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Неволин Владимир Николаевич, Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), г. Москва Научный консультант: кандидат физико-математических наук

Зенкевич Андрей Владимирович, НИЯУ МИФИ, г. Москва

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Троян Виктор Иванович, НИЯУ МИФИ г. Москва

доктор физико-математических наук, профессор Уздовский Валерий Владимирович, МИЭТ, г. Москва Ведущая организация: Физико-технологический институт

Российской академии наук (ФТИАН) г. Москва

Защита диссертации состоится «19» октября 2011 года в 16 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д212.130.04 при НИЯУ МИФИ по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, д. 31

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЯУ МИФИ Автореферат разослан «15» сентября 2011 года

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенном печатью организации, по адресу НИЯУ МИФИ.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор физико-математических наук, ,...../,,-

„„„

профессор И.И. Чернов

2 /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Быстродействие, энергопотребление, долговечность и другие критические

характеристики современных устройств микро- и наноэлектроники, спинтрони-ки, определяются прежде всего свойствами сверхтонких слоев материалов, составляющих базовые элементы этих устройств, и границ раздела между слоями. Постоянно растущие требования к цифровым технологиям в настоящее время мотивируют непрерывный поиск и исследование новых материалов и их сочетаний, которые превзошли бы по перечисленным показателям существующие промышленно изготавливаемые структуры.

В частности, кремниевая микроэлектронная промышленность предъявляет несколько важных технологических требований к производимым приборам, в частности: скорость срабатывания, низкое энергопотребление и широкий диапазон выходных напряжений. Последовательное улучшение характеристик достигалось путем уменьшения линейных размеров («масштабирования») базового устройства в микросхеме - полевого транзистора. Можно утверждать, что основным фактором, который определил возможность непрерывного уменьшения («масштабирования») полевых транзисторов на структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структурах) явились исключительно выгодные свойства материала, используемого для изоляции затвора от кремниевого канала (ЗЮ2), и его границ раздела с материалом канала (монокристаллический БО и затвора (поли-81). Однако постоянное уменьшение линейных размеров элементов микросхем привели к тому, что 8Ю2, в силу фундаментальных физических причин, не может более быть использован в качестве подзатворного диэлектрика. Для решения этой проблемы было предложено использование альтернативного материала с более высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости, который при большей физической толщине мог бы обладать меньшей «электрической» толщиной.

Другой возникшей проблемой является недостаточная проводимость высоколегированного поликристаллического кремния, используемого в качестве затвора, и диффузия легирующий примеси из него в канал. Для решения это проблемы было предложено использование в качестве затвора слоя металла.

При изучении электрофизических свойств МДП-структур, сформированных на основе новых материалов, было установлено, что на границах раздела металл/диэлектрик и диэлектрик/полупроводник возникает ряд нежелательных эффектов, таких как химические реакции, образование электрических диполей, поверхностных состояний и так далее, причем теоритическое предсказание этих эффектов оказалось практически невозможным.

Таким образом, с целью выбора оптимальной структуры возникла необходимость проведения подробных исследований свойств границ раздела для каждой комбинации новых материалов в МДП-структуре и влияния термообработок, необходимых для создания микросхем, на эволюцию этих свойств. Цель работы:

Целью диссертационной работы являлось выявление химических, электронных и электрофизических свойств границ раздела в МДП-структурах на основе НГО2/31, ЬаА103/81, А1203/81, а также механизмов влияния сред и режимов обработок на их функциональные свойства для приложений в перспективных логических и запоминающих устройствах.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи.

1. Создана установка для измерения вольт-фарадных характеристик МДП-структур, в том числе, при повышенной (до Т= 670 К) температуре.

2. На основе метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) разработана методика измерения «эффективной» работы выхода нанораз-мерных слоев металлов в контакте с диэлектриком.

3. Количественно проанализированы данные РФЭС-измерений, в том числе, с использованием синхротронного излучения, для определения взаимного расположения зон в МДП-структурах.

4. Установлена корреляция между экспериментальными данными измерений

методом РФЭС и ВФХ. Научная новизна

1. Впервые с использованием метода РФЭС продемонстрировано влияние кислородных вакансий в слое диэлектрика на величину диполя на границе раздела Ме/НЮ2 (Ме=1Ч, Аи, N1).

2. Впервые экспериментально обнаружены рост и «растворение» сверхтонкого слоя ЭЮ* на границе раздела НЮ^ в зависимости от полярности стресса напряжением при повышенной температуре.

3. Впервые установлена эволюция взаимного расположения электронных зон в структуре РШЮг/Б! в результате стресса напряжением при повышенной температуре.

4. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность понижения «эффективной» работы выхода электрона из ферромагнитного затвора в МДП-структуре Ре/А1203/81 с помощью сверхтонкого маркера Ос1 на границе раздела металл/диэлектрик.

5. Получены новые данные об электрофизических свойствах тонких пленок ЬаАЮз, выращенных методом атомного послойного осаждения (АПО) на 81, и исследована их эволюция под действием быстрого термического отжига.

Научная и практическая ценность

Ценность полученных экспериментальных результатов заключается в том, что они могут быть использованы для верификации существующих и построения новых теоритических моделей распределения электрического потенциала в МДП-структурах на основе новых материалов. Разработанные методики могут быть использованы для исследований других актуальных комбинаций новых материалов. Результаты исследований МДП-структур на основе РШЮ^ и РеЛЗсУАЬОз/З! могут быть использованы для разработки физических основ но-

вых технологий изготовления логических и запоминающих устройств нано-электроники и спинтроники.

Часть результатов, полученных в ходе выполнения работ, была защищена патентами Российской Федерации:

1. Патент №2393586 (27.06.2010 г.) «Способ формирования полевого КМОП-транзистора, созданного с использованием диэлектриков на основе оксидов металлов с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости и металлических затворов (варианты)» (Ю.А. Матвеев, Зенкевич A.B., Ю.Ю. Лебединский, В.Н. Неволин)

2. Патент №2393587 (27.06.2010 г.) «Способ формирования полевого КМОП-транзистора, созданного с использованием диэлектриков на основе оксидов металлов с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости и металлических затворов, и структура полевого КМОП транзистора» (Ю.А. Матвеев, Зенкевич A.B., Ю.Ю. Лебединский, В.Н. Неволин) Основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанная методика измерения «эффективной» работы выхода электрона из наноразмерных слоев металлов в контакте с диэлектриком на основе РФЭС.

2. Разработанная методика исследования влияния сред термообработок на величину электрического диполя на границе раздела металл/диэлектрик.

3. Обнаруженная зависимость величины электрического диполя на границе раздела металл/диэлектрик (металл = Au, Ni, Pt; диэлектрик = НЮ2, LaA103) от условий термообработок МДП-структур на их основе.

4. Экспериментально установленная закономерность распределения потенциала в МДП-структурах Pt/HfÖ2/Si и Au/Hf02/Si в результате стресса напряжением при повышенной температуре.

5. Обнаруженные закономерности формирования («растворения») сверхтонкого слоя SiO* на границе раздела Hfö2/Si в процессе отрицательного (положительного) стресса напряжением при повышенной температуре.

б

6. Установленная прямыми измерениями возможность управления величиной «эффективной» работы электрона из Ре в структурах Ре/ОсУЛ^Оз/З! путем изменения толщины маркерного слоя вё.. Достоверность научных положений, результатов и выводов

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием современных экспериментальных методов и на этой базе детальным рассмотрением физических явлений и процессов, определяющих формирование свойств границ раздела в МДП-структурах. Результаты, полученные разными методами исследования, согласуются между собой, а также не противоречат данным, известными из литературы. Личный вклад соискателя

Соискатель лично создал установку для проведения измерений электрофизических характеристик, принимал непосредственное участие в модификации методики измерения диполей на границе раздела методом РФЭС для проведения измерений на наноразмерных МДП-структурах. Соискателем лично изготовлены экспериментальные образцы МДП-структур методом ИЛО, проведены измерения электрофизических свойств методом ВФХ. Принимал участие в измерениях и обработке данных, полученных методом РФЭС, и построении моделей, описывающих механизмы образования электрических диполей и химических реакций на границах раздела. Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 153 страницах, содержит 94 рисунка, 13 таблиц и список цитируемой литературы из 114 наименований. Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных семинарах и конференциях: научная сессия МИФИ - 2008, 2009; научная сессия НИЯУ МИФИ - 2010, 2011; 11 Международная конференция «Физика диэлектриков» (Диэлектрики-2008) (Санкт-

Петербург, Россия, 2008); Международный форум по нанотехнологиям Рос-нанотех-2008 (Москва, Россия, 2008); XXVII Научные чтения имени академика Н.В. Белова (Нижний Новгород, Россия, 2008); XII Международный симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород, Россия, 2009); III Всероссийская конференция по наноматериалам "Нано-2009" (Екатеринбург, Россия, 2009); INFOS 2009 (Кембридж, Великобритания, 2009); MRS Spring Meeting 2009 (Сан-Франциско, США, 2009); 7-ая и 8-ая Курчатовская молодежная школа (Москва, Россия, 2009, 2010); WODIM 2010 (Братислава, Словакия, 2010); Баксанская молодежная школе (Эльбрус, Россия, 2010); Rusnanotech 2010 (Москва, Россия, 2010); 1-ая Научно-практическая конференция по физике и технологии наногетероструктурной СВЧ электроники "Мокеровские чтения" (Москва, Россия, 2011); E-MRS Spring Meeting 2011 (Ницца, Франция, 2011); INFOS 2011 (Гренобль, Франция, 2011). Публикации

По теме диссертации было опубликовано 8 работ в научных журналах и сборниках трудов международных и российских конференций и симпозиумов, в том числе, 7 статей в реферируемых журналах из перечня ВАК, и получено 2 патента Российской Федерации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования электрофизических и электронных свойств границ раздела структур металл/диэлектрик для использования в КМОП-технологиях; сформулирована цель работы, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен литературный обзор и анализ состояния исследований, проводимых в России и за рубежом, по изучению новых диэлектрических материалов и границ раздела структур металл/диэлектрик. Дано обоснование использования выбранных в работе диэлектрических материалов путем сравнения их свойств с альтернативными диэлектриками. Проанализированы

8

результаты исследований образования и изменения электрических диполей на границах раздела металл/диэлектрик, вызывающих изменения «эффективной» работы выхода электрона из металла. Описаны основные результаты опубликованных исследований образования кислородных вакансий в тонких диэлектрических пленках и их влияния на электрофизические параметры МДП-структур. По результатам анализа литературы обоснована актуальность темы диссертационной работы.

Во второй главе приводится описание используемых методов формирования образцов тонкопленочных структур - импульсного лазерного осаждения (ИЛО) и атомного послойного осаждения (АПО). Рассмотрены основные физические и химические принципы этих методик, указаны их преимущества и недостатки, обосновано их применение для роста металлических и диэлектрических слоев. Приведены физические принципы используемых методик анализа исследуемых образцов. Дано описание методов рентгеновской фотоэлектронная спектроскопии (РФЭС), включая высокоэнергитичную рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (ВэРФЭС), измерение вольт-фарадных характеристик (ВФХ), резерфордовское обратное рассеяние (POP). Рассмотрены экспериментальные установки, в которых реализованы используемые методы: исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС на базе спектрометра XSAM-800, в камере препарирования которого смонтирована система импульсного лазерного осаждения, что позволило проводить анализ химических и структурных свойств создаваемых наноразмерных слоев in-situ; установка по измерению вольт-фарадных характеристик и установки по измерению выскоэнергетичной фотоэлектронной спектроскопии на станциях Р09 и BW2 исследовательского центра HASYLAB, DESY, Германия.

В третьей главе приведены основные экспериментальные результаты. В первой части главы приведены результаты исследования электрофизических свойств тонких пленок LaA103 (LAO) на Si, сформированных методом АПО.

Первоначально было изучено влияние прекурсора кислорода (озона или воды) на электрофические параметры пленок LAO. Исходные пленки LAO с использованием в качестве прекурсора озона демонстрируют большее число (Лм~(1~2)' Ю12 см"2) долгоживущих ловушек заряда на границе раздела диэлектрик/полупроводник, что более чем на порядок больше, чем у пленок, выращенных с помощью Н20. В пленках, выращенных с использованием 0} и Н20, наблюдается соответственно встроенный отрицательный и положительный заряд,. Быстрый термический отжиг (БТО) при Т = 900 °С, / = 60 с, в N2 приводит к уменьшению как поверхностных состояний на 1 порядок, так и встроенного заряда до Nox ~(1,5-4)-1012 см"2. В пленках, выращенных с помощью Н20, БТО не оказывает значительного эффекта на величины встроенного заряда и плотность поверхностных состояний. При этом величина токов утечки существенно (более, чем в 108 раз) возрастает в области U> 5 В на обоих типах пленок, что, по-видимому, связанно с кристаллизацией пленок, которые в процессе роста формируются аморфными.

После анализа всех свойств пленок LAO для дальнейшего изучения был отобран процесс с использованием озона, так как эти пленки обладают существенно лучшими структурными свойствами.

Для данного типа пленок было получено значение коэффициента диэлектрической проницаемости к = 13,7 ± 0,5 до отжига и к = 19 ± 2 после отжига (рис. 1).

"-------------------^

12 -----------

£ z 8

О ш

4 О

----------------------

Исходная пленка Пленка после БТО

О 10 20 30 40 50

Физическая толщина LaAl03, им

Рис. 1. Зависимости эквивалентной толщины оксида (EOT) от физической толщины

пленок LAO

В делом, полученные пленки LaAlOj демонстрируют свойства, которые позволят рассматривать их для применения в качестве подзатворного диэлектрика для КМОП-технологий после оптимизации термической обработки исходных пленок.

Вторая часть главы посвящена описанию разработанной методики измерения «эффективной» работы выхода электрона из металла в контакте с диэлектриком. В работе была поставлена задача модифицировать известную методику измерения взаимного расположения электронных зон в многослойных структурах с помощью РФЭС.

Методика заключается в следующем: энергия связи какого-либо элемента (binding energy, BE) обычно измеряется по отношению к уровню Ферми спектрометра и, следовательно (рис. 2):

BE = hv-KE^-WFSK

где KEsp - это измеренная кинетическая энергия фотоэлектрона, hv - энергия фотона, вызвавшего фотоэффект, WFsp - работа выхода спектрометра.

Рис.2. Принципиальная схема измерения «эффективной» работы выхода с помощью

РФЭС.

Таким образом, значение ВЕ определяется положением уровня Ферми Е/.-. Для структуры металл/диэлектрик в случае, когда металлический слой заземлен, Е/ металла и спектрометра выравниваются. В результате потенциал диэлектрика по отношению к спектрометру определяется разницей работ выхода металлического электрода и спектрометра. В предположении, что химические реакции на границе раздела металл/диэлектрик отсутствуют, сдвиги линий РФЭС элементов диэлектрика (и металла, и кислорода) могут быть вызваны изменением работы выхода электрона из металла на поверхности. Таким образом, суть предлагаемой методики заключается в том, что, регистрируя сдвиги в положении линий (ВЕ) диэлектрика (например, остовного уровня Ш 4/в НЮ2) относительно металла, можно определять относительные изменения в «эффективной» работе выхода электрона. При этом, используя заранее известную ВЕ этого диэлектрика в контакте с металлом с известной работой выхода электрона, можно вычислить абсолютные значения работы выхода электрона для исследуемой системы.

Однако сплошная металлическая пленка на поверхности диэлектрика образуется при толщинах > 7-10 нм, при которых нерассеянные фотоэлектроны из диэлектрика (с энергией ~1 кэВ) не достигают поверхности образца, а при меньших толщинах слоев металлическая пленка представляет собой изолированные наноразмерные кластеры, между которыми может отсутствовать электрический контакт.

В работе было проведено теоретическое моделирование величины флуктуации потенциала в диэлектрике, создаваемого ансамблем металлических кластеров наноразмерных масштабов, соответствующим реальному распределению кластеров по размеру и взаимному расположению. Полученные результаты показали, что флуктуации наведенного от кластеров потенциала в диэлектрике меньше приборной погрешности измерений (< 0,1 эВ). В связи с этим потенциал во всем объеме диэлектрика можно считать «эффективно» одинако-

вым, и это позволяет использовать методику измерения «эффективной» работы выхода металлического затвора для МДП-структур с наноразмерными несплошными металлическими слоями. При этом появляется возможность исследовать влияние различных сред на величину электрического диполя, формируемого на границе раздела металл/диэлектрик.

В третьей части главы описано исследование образования кислородных вакансий в МДП-структурах Ме/НЮ^. Изначально, для изучения образования вакансий в НЮ; была выбрана система Аи/НГОУБ! ввиду того, что золото химически не взаимодействует с оксидом гафния и не окисляется в атмосфере, так что спектральная линия Аи 4/ не меняет своей формы в результате обработок. Были измерены РФЭ-спектры структуры Аи (1,5 нм)/Ш'0/3 нм)/п-81 после термообработок в различных средах. По данным РФЭС была рассчитана зависимость «эффективной» работы выхода электрона из Аи в контакте с НЮ2, приведенная на рис. 3.

5,г

5,0

4,а

Ш

4,6

3

< 4,4

4,0

3,8

Рис. 3. «Эффективная» работа выхода электрона из Аи в контакте с НЮ? в зависимости от обработок структуры Ли/НЮ2 (СВВ - сверхвысокий вакуум, р < 10''' Па; 02 - молекулярный кислород р =1 Па).

Данная зависимость может быть объяснена исходя из модели «пиннинга» уровня Ферми на границе раздела металл/диэлектрик, вызванного кислородными вакансиями. Поскольку осаждение золота производилось на предварительно отожженную в вакууме поверхность НЮ2, то на поверхности оксида было сформировано некоторое изначальное количество кислородных вакансий, что

привело к образованию изначального диполя (рис. 4, а), и «эффективная» работа выхода электрона из Аи равнялась М^'^^ОЛ эВ. Затем образец был проэкспонирован в атмосфере воздуха, что позволило уничтожить кислородные вакансии, и вызвало уменьшение электрического диполя на границе раздела. При этом уровень Ферми металла сместился к валентной зоне диэлектрика (рис. 4, б), увеличивая «эффективную» работу выхода до ^/рАЦе£Г=4,9±0,1 эВ. Последующий отжиг в сверхвысоком вакууме (р<10"6 Па) привел к повторному образованию относительно большого числа кислородных вакансий, которые вновь формируют диполь на верхней границе раздела и уменьшают «эффективную» работу выхода до МгА11е''М)3±0,1 эВ, а отжиг образца в атмосфере кислорода вновь уничтожает вакансии кислорода и «эффективная» работа выхода возрастает до №РАиеЯ= 4,8±0,1 эВ.

а) Аи - + №г 6) Аи V ^ НЮ,

+ + V"

1-(В

М4{

Рис. 4. Механизм влияния диполя на границе раздела Аи/НГОг на величину энергии связи уровня Ш4/(а), снятие диполя в результате уничтожения вакансий кислорода и соответствующее изменение энергии связи Ш 4/(6).

Поскольку золото не является перспективным материалом для КМОП-технологий, оно использовалось в качестве модельной системы, а для дальнейшего исследования была выбрана система №/НГО2/81. Изменения значений энергии связи линий Ш 4/и О и рассчитанная зависимость «эффективной» работы выхода N1 в контакте с НГО2 качественно повторяют результаты для системы Аи/НГО2/81.

Для верификации данных, полученных методом РФЭС, были измерены ВФХ на образцах ЫШГО2/81 с аналогичными термообработками. Вычисленные

по ВФХ изменения «эффективной» работы выхода затвора и их сравнение с аналогичными данными, полученными методом РФЭС, представлены в таб. 1. В пределах погрешностей измерений полученные данные совпадают, что может служить доказательством достоверности результатов, получаемых с помощью разработанной методики РФЭС.

Таблица 1

Сравнение данных об изменении «эффективной» работы выхода структуры »¡/НГОг/р^ по сравнению с исходным образцом в зависимости от различных термообработок.

А\¥Е РФЭС, эВ А\УР ВФХ, эВ

Отжиг в вакууме -0,3 ±0,1 -0,3 ±0,05

Экспонирование в воздухе 0,2 ± 0,1 0,1 ±0,05

Аналогичный эффект образования электрического диполя на верхней границе раздела за счет кислородных вакансий также ожидался для структур с ЬаАЮз, поскольку энергетические уровни кислородных вакансий находятся в верхней части запрещенной зоны ЬаАЮ3. Результаты исследования системы Аи/ЬаА10з (рис. 5) качественно повторяют результаты, полученные для структур Аи/НЮ2 и М/НЮ2, что позволяет сделать вывод о том, что в пленках ЬаА103 существует аналогичный механизм образования электрического диполя путем формирования заряженных кислородных вакансий.

Рис. 5. Эволюция положения Ьа 4с/ и А12р в зависимости от обработок структуры Аи/ЬаАЮз (сплошная линия - Ьа 4пунктир - А12р).

Четвертая часть главы посвящена исследованию влияния приложения напряжения при повышенной температуре (стресса напряжением и температурой - СНТ) на электрофизические и химические свойства структур Аи/НГО2/8! и РШГОг/Бь По результатам измерений ВФХ было установлено, что последовательные стрессы с противоположными значениями напряжений приводят к циклическим сдвигам напряжений плоских зон для структур Аи/НГО2/8! и РьтаХУБь При этом на структурах А1/НГО2/81 сдвиги отсутствовали, что указывает на то, что сдвиги действительно вызваны перераспределением вакансий кислорода, так как вакансии образуются только при приведении НГО2 в контакт с металлом с большой работой выхода.

По данным ВФХ была построена зависимость сдвига напряжения плоских зон от температуры и напряжений стресса, приведенная на рис. 6. Так как для технологий энергонезависимой памяти необходим сдвиг напряжения плоских зон не менее 1 В, то для измерений методом ВэРФЭС были выбраны параметры стресса [/=±2,5 В, Г=350 °С.

1,4

1,2

1,0

0,8

ей

0,6

е

> о 0,4

0,2

0,0

Минимальное ЛУд, для памяти

— ф----

*

• ±1В

♦ ±2В

100 200 300 Температура, "С

400

Рис. б. Зависимость смещения напряжения плоских зон от температуры для двух значений напряжения стресса структуры Р1/НЮ2/31.

На рис. 7 показана эволюция линии остовного пика Ш А/ после проведения

различных обработок. В исходном образце наблюдается единичный дублет с

ВЕ]вд/= 17,2 эВ. Отжиг при Т=350 °С без приложения напряжения приводит к

16

появлению второго дублета с ВЕда/ = 17,9 эВ. Интенсивность этой линии уменьшается в спектрах, снятых под более скользящим углом, что свидетельствует о том, что данный пик относится к оксиду гафния, находящемуся ближе к нижней границе раздела. После стресса напряжением I/ - -2,5 В при Т = 350 °С, наблюдается одиночный дублет Ш 4/, который смещен в сторону меньших энергий связи до ВЕни/ = 16,3 эВ. В спектрах образца после стресса напряжением V = +2,5 В при Т = 350 °С в спектрах линии Ш 4/снова наблюдается 2 дублета с ВЕШ4Г = 16,9 и 17,9 эВ. При этом оксид гафния, отвечающий линии с большей энергией связи, находится ближе к нижней границе раздела.

Рис. 7. Эволюции спектральных линии Ш 4/и 5125 в структуре Р1 (7 нм)/НЮг (10 нм)/81 после различных стрессов напряжением при повышенной температуре.

В спектрах линии 81 Ъ (см рис. 7) после отжига Т= 350°С без напряжения оксидная компонента увеличивается в 2 раза - с 7,5 до 10% по отношению к основной линии, что указывает на увеличение толщины ЭЮ* с сЬо*-0,5-1 нм до = 1,5 нм. После стресса и=+2.5 В, Г= 350 °С толщина БЮ* составляет б?ао*=2,5 нм, а после последующего стресса и= -2.5 В, Т= 350 °С, <4ю*=2 нм.

Изменения спектров аналогичны как для образцов после единичной обработки, так и для образцов после циклических обработок, что дает основание утверждать о цикличности происходящих изменений.

По полученным данным были восстановлены электронные зонные диаграммы МДП-структур после каждого шага стресса, и построена модель, описывающая наблюдаемые эффекты. Изначально в образцах наблюдается сильный «пишшнг» (1 эВ) Р1 на верхней и на нижней границах раздела (рис. 8, а). «Эффективная» работа выхода электрона из Р1 составляет \\Тр1СГ1=4,6 эВ. Данный диполь вызван положительно заряженными кислородными вакансиями, равномерно распределенными в НГОг-

а) Р1

Ли.н)=1-эв""-{

НКЬ ^ 51

б)

1_____________й=1эв"~7

;рДя.и=-0,5 эВ Д=0,7эВ < ГГ.---^..

■Ее

ню2

БЮ

51

Уй^-1,2 эВ

Рис. 8. Схема расположения электронных зон в структуре РШЮг/р-Б!: а) исходная структура; б) после нагрева до Т= 350 °С

Нагрев до Т= 350 "С приводит к образованию кислородных вакансий на нижней границе раздела в результате реакции НЮ2 с с образованием ЙЮ*. Эти вакансии обладают положительным зарядом, что приводит к изменению потенциала в объеме диэлектрика (рис. 8, б).

При нагреве с приложением отрицательного потенциала на затвор происходит миграция положительно заряженных кислородных вакансий к верхней границе раздела (рис. 9), в результате чего их концентрация на нижней границе раздела уменьшается, что повторно активизирует реакцию НЮ2-81 и приводит к увеличению толщины вЮ,. При этом на верхней границе раздела вакансии нейтрализуются электронами из затвора, что приводит к уменьшению диполя

на верхней границе раздела. Диполь, наблюдаемый на нижней границе раздела, вызван зарядом в БЮ*.

Рг (- 2,5В

— ню

Рис. 9. Схема движения вакансий в МДП-структуре Р1/НЮ2/р-31 под действием стресса и = -2,5 В, Т=350 "С (а) и схема расположения зон после стресса (б).

При стрессе положительным напряжением электроны из вакансий переходят в затвор, и вакансии снова приобретают положительный заряд, после чего мигрируют на нижнюю границу раздела (рис. 10), где они взаимодействуют с БЮ, и восстанавливают его до Бь

5Ю„

51

БЮХ

Р!„_ НЮ* ^ Б! д=1эВ -с >д=-1,2эв

++

б)

Рис. 10. Схема движения вакансий в МДП-структуре РШЮУр-З! под действием стресса и= +2,5 В, Т-350 °С (а) и схема расположения зон после стресса (б).

Для МДП-структур РШАС)//^ были также измерены вольт-амперные характеристики. После приложения отрицательного напряжения их сопротивление в 2 раза меньше по сравнению с образцом после приложения положительного напряжения.

Полученные данные подтверждают модель распределения кислородных вакансий: после стресса отрицательным напряжением по равномерно распределенным по всему объему кислородным вакансиям реализуется механизм прыжковой проводимости по механизму Пула-Френкеля, вследстивие чего уменьшается сопротивление диэлектрика. После стресса положительным напряжением из-за обеднения вакансиями приповерхностного слоя диэлектрика растет сопротивление диэлектрика.

Таким образом, из проведенных исследований можно сделать вывод о том, что путем стресса напряжением при повышенной температуре в структуре П/ИГОг^ возможно перераспределение кислородных вакансий. Полученные результаты объясняют литературные данные об увеличении числа поверхностных состояний на границе раздела НГО2/31 через формированис/«растворение» слоя вЮп а также эффект обратимого резистивного переключения в НЮ2 через перераспределение вакансий кислорода.

В пятой части главы приведены результаты исследования влияния сверхтонкой прослойки Ос! на «эффективную» работу выхода электрона из Бе в контакте с А1203. Взаимное расположение зон в структуре Рс/Х]с1/А120з/81 представляет значительный интерес для спинтроники, одной из актуальных задач которой является инжектирование спин-поляризованных электронов в Бь Для исследования влияния толщины прослойки вё были изготовлена серия образцов с градиентом толщины вс!: 0,2-0,6, 1,1-3 и 1,3-3,5 нм для измерении методом ВэРФЭС. При этом, Сс1 в образце с толщинами 1,3-3,5 нм был принудительно окислен, в то время как в остальных образцах для получения металлического вс! рост образцов осуществлялся в условиях сверхвысокого вакуума. По данным ВэРФЭС была построена зависимость «эффективной» работы выхода электрона из Ре в контакте с А1203 от толщины 0(1 (рис. 11). Приведенная зависимость для металлического Сс1 имеет излом при толщинах (! ~ 0,6-0,8 нм, что, по-видимому, связано с формированием сплошной пленки Сё. При этом для

принудительно окисленного С<3 величины «эффективной» работы выхода оказываются больше на ~1 эВ.

5.1 4.7

Сй

« 4.3

£

0)

¡^ 3.9

>

3.5

0 10 20 30 40

Толщина 6с1, А

Рис. 11. Изменения «эффективной» работы выхода \VFefr Ре в зависимости от толщины прослойки 0(1 в структурах

Поскольку методом ВэРФЭС оказалось невозможньм достоверно установить химическое состояние Ос1, то была дополнительна сделана аналогичная серия образцов для ВФХ. В результате измерений ВФХ оказалось, что максимальная емкость образца с СМ, выращенного в СВВ не изменилась по отношению к образцу без Сс1, что дает основание утверждать, что слой Ос1 в образце находится в металлическом состоянии. В то же время, емкость структуры, где рост пленки 0<1 производился в атмосфере кислорода, снизилась на 17%, что можно объяснить появлением дополнительного оксидного слоя.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В работе проводилось изучение электронных и электрофизических

свойств границ раздела систем металл/диэлектрик с высоким показателем диэлектрической проницаемости, представляющих интерес для современной твердотельной наноэлектроники. В качестве материалов диэлектриков в данной работе рассмотрены НЮ2, который уже используется в технологических процессах изготовления современных логических микропроцессоров, А1203 - как перспективный материал для приложений в спинтронике и энергонезависимой памяти, и ЬаАЮз, который может рассматриваться как один из кандидатов на

- ------_ л оксидный

(у*. 6с1 металлический

роль Ы§Ь-к технологии второго поколения. В качестве металлических затворов были выбраны А1, Аи, Р^ N1, Ре.

На основе проведенных экспериментальных исследований избранных МДП-структур можно сделать следующие выводы:

1.В результате исследования электрофизических параметров пленок ЬаАЮ3, выращенных с помощью различных прекурсоров кислорода, установлено, что пленки ЬаА103, выращенные с помощью 0}, обладают лучшими характеристиками, и они могут быть существенно улучшены при быстром термическом отжиге. Несмотря на сильное увеличение токов утечек после БТО, полученные пленки ЬаАЮз демонстрируют электрофизические параметры, которые позволяют заключить о возможности применения в качестве подза-творного диэлектрика для КМОП-технологий.

2. Разработана методика исследования влияния сред термообработок на величину электрического диполя на границе раздела наноразмерных слоев металлов в контакте с диэлектриком на основе РФЭС и осуществлена ее проверка с помощью традиционного метода измерения ВФХ. Одним из основных преимуществ разработанной методики является возможность изучения влияния различных сред на образование диполя на границе раздела металл/диэлектрик из-за возможности диффузии атомов различных газов сквозь слой диэлектрика.

3. С использованием разработанной методики изучено влияние термических обработок в различных средах на величину электрического диполя на границах разделов металл/диэлектрик (металл = Аи, Р1; диэлектрик = НЮ2, ЬаАЮз), и было продемонстрировано, что отжиг в условия СВВ приводит к появлению электрического диполя, а последующий отжиг в кислороде к его разрядке. Суммарные изменения «эффективной» работы выхода электрона из затвора составляют ЛШ^ ~ 0.7 эВ. Полученные результаты объяснены в рамках модели заряженных кислородных вакансий, формирующихся в НЮ2.

4. С помощью ВэРФЭС экспериментально установлена эволюция распределения потенциала в МДП-структурах Pt/Hf02/Si и Au/Hf02/Si в результате стресса напряжением при повышенной температуре. Для структуры Pt/Hf02/Si впервые экспериментально продемонстрировано формирование сверхтонкого слоя SiO, на границе раздела Hf02/Si толщиной d = 3,8 нм в процессе стресса U = -2.5 В, Т = 350°С, и последующее его «растворение» до толщины d= 2,0 нм при стрессе U = +2.5 В, Г = 350 °С. Продемонстрировано, что после отрицательного СНТ увеличивается проводимость НЮ2 и уменьшаются диполи на обеих границах раздела. Полученные результаты объяснены моделью заряженных вакансий кислорода, образующихся на границе раздела Hf02/Si и дрейфующих под действием электрического поля в объём НЮ2.

5. Впервые прямыми измерениями с помощью ВэРФЭС установлена зависимость «эффективной» работы выхода электрона из Fe в зависимости от толщины сверхтонкого (толщиной d-0.2-3.0 нм) маркерного слоя металлического Gd в МДП-струюурах Fe/Gd/Al203/Si. Полученные методом ВэРФЭС данные коррелируют с данными ВФХ, и позволяют объяснить известные из литературы зависимости величин туннельных токов сквозь А1203 в таких МДП-структурах.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Применение метода РФЭС для исследования электронных свойств границ раздела металл/диэлектрик [Текст] II Ю.А. Матвеев, А.В. Зенкевич, Ю.Ю. Лебединский, [и др.]// Сборник научных трудов научной сессии МИФИ-2009. -Том 3. -С 60-63.

2. Effect of heat treatments on electric dipole at metal/high-k dielectric interfaces measured by in situ XPS [Text]/ A. Zenkevich, Y. Lebedinskii, Y. Matveyev, [et al.]// Microel. Eng.. -2009.-vol. 86. -p. 1777-1779.

3. Effect of high-temperature annealing on lanthanum alumínate thin films grown by ALD on Si(100) [Text]/ G. Congedo, S. Spiga, L. Lamanga, [et al.]// Mieroel. Eng.. -2009. -vol. 86. -p. 1696-1699.

4. Пат. №2393586 РФ «Способ формирования полевого КМОП-транзистора, созданного с использованием диэлектриков на основе оксидов металлов с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости и металлических затворов (варианты)»// Ю.А. Матвеев, Зенкевич А.В., Ю.Ю. Лебединский, В.Н. Неволин от 27.06.2010 г.

5. Пат. №2393587 РФ «Способ формирования полевого КМОП-транзистора, созданного с использованием диэлектриков на основе оксидов металлов с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости и металлических затворов, и структура полевого КМОП транзистора» (Ю.А. Матвеев, Зенкевич А.В., Ю.Ю. Лебединский, В.Н. Неволин от 27.06.2010 г.

6. Исследование МОП-структур на основе Hro2/Si02/n-Si(100) методом баллистической электронной эмиссионной спектроскопии [Текст]/ М.А. Лапшина, М.А. Исаков, Д.О. Филатов, [и др.] // Поверхность. -2010. -№ 5. -с. 57-68.

7. Исследование нанокомпозитных структур Si02:Me, сформированных путем сегрегации металла фронтом окисления кремния в слоях Si:Me [Текст]/ К. Ю. Максимова, Ю. А. Матвеев, А. В. Зенкевич, [и др.]// Перспективные материалы. -2010. -№2. -с. 33-38.

8. Синтез и исследование новых материалов в МДП-структурах для разработки физических основ КМОП-технологий наноэлектроники [Текст]/ А. В. Зенкевич, Ю. Ю. Лебединский, Ю. А. Матвеев, [и др.] // Микроэлектроника. -2010. -том 39. -с. 1-11.

9. Structural and electrical properties of TixAli-jOy thin films grown by atomic layer deposition Uext]/ A. P. Alekhin, A. A. Chouprik, S. A. Gudkova, [et al.]// J. Vac. Sci. Technol. В.. -2011. —V. 29, P. 01A302-1 - 01A302-6.

10. Effect of biasing at elevated temperature on the electronic structure of Pt/Hfü2/Si stacks [Text]/ Yu. Matveyev, A. Zenkevich, Yu. Lebedinskii, [et al.]// Mieroel. Eng. -2011. -vol. 88. -pp. 1353-1356.

Подписано в печать:

12.09.2011

Заказ № 5 898 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

 
Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Матвеев, Юрий Александрович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность проблемы.

Цель работы.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. High-k диэлектрики в КМОП-технологиях.

1.1.1. High-k диэлектрики в устройствах памяти.

1.2. Металлические затворы в КМОП-технологиях.

1.2.1. «Пиннинг» уровня Ферми па границе раздела металл/диэлектрик.

1.3. Кислородные вакансии в high-k диэлектриках.

1.3.1. Влияние кислородных вакансий на электрофизические параметры МДПструктур.

ГЛАВА 2. ОБЗОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ СВОЙСТВ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА МДП-СТРУКТУР.

2.1. Методы роста наноразмерных МДП-структур.

2.1.1. Метод импульсного лазерного осаждения.

2.1.2. Метод атомного послойного осаждения.

2.2. Методы исследования наноразмерных МДП-структур.

2.2.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.

2.2.2. Высокоэнергитичная фотоэлектронная спектроскопия (ВэРФЭС).

2.2.3. Резерфордовское обратное рассеяние (POP).

2.2.4. Метод вольт-фарадных характеристик.

2.3. Исследовательские комплексы.

2.3.1. Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИXSAM 800.

2.3.2. Исследовательский комплекс ВФХ.

2.3.3. Исследовательский ВэРФЭС.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ.

3.1. Исследования электрофизических свойств МДП-структур на основе LaAl()4.

3.2. Разработка методики измерения зонной структуры с помощью РФЭС.

3.2.1. Принципы измерения «эффективной» работы выхода электрона с помощью РФЭС.

3.2.2. Принципы измерения «эффективной» работы выхода электрона на наноразмерных МДП-структурах.

3.3. Исследование образования кислородных вакансий в МДП-структурах Me/HfCVSi

3.3.1. МДП-структура на основе Au/Hf02/Si.

3.3.2. МДП-структура на основе Ni/Hf02/Si.

3.3.3. МДП-структура Аи/ЬаАЮз/Si.

3.4. Изучение подвижности кислородных вакансий в пленках HfCh.

3.4.1. МДП-структураAu/HfÖ2/Si.

3.4.2. МДП-структура Pt/Hf02/Si.

3.5. Изучение влияния прослойки Gd на электрофизические свойства границы раздела Fe/Al203.

ВЫВОДЫ.

 
Введение диссертация по физике, на тему "Электронные и электрофизические свойства границ раздела металл/диэлектрик"

Актуальность проблемы

Быстродействие, энергопотребление, долговечность и другие критические характеристики современных устройств микро- и наноэлектроники, спинтроники, определяются прежде всего свойствами сверхтонких слоев материалов, составляющих базовые элементы этих устройств, и границ раздела-между слоями. Постоянно растущие требования к цифровым технологиям в настоящее .время мотивируют непрерывный поиск и исследование новых материалов и их сочетаний, которые превзошли бы по перечисленным показателям существующие промышленно изготавливаемые структуры.

В частности, кремниевая микроэлектронная промышленность предъявляет несколько важных технологических требований к: производимым приборам, в частности: скорость срабатывания, низкое энергопотребление и широкий диапазон выходных напряжений [ 1 ]. До недавнего времени, последовательное улучшение характеристик достигалось путем уменьшения линейных размеров («масштабирования») базового устройства в микросхеме — полевого транзистора;[2]. Можно утверждать, что* основным фактором, который определил возможность непрерывного уменьшения («масштабирования») полевых транзисторов на МОП-структурах явились исключительно выгодные свойства материала, используемого для изоляции затвора от кремниевого канала (8Ю2), и его границ раздела с материалом канала (монокристаллический 81) и затвора (сильнолегированный поли-81). Однако, постоянное уменьшение линейных размеров элементов микросхем привело к тому,, что 8Юг, в силу фундаментальных физических причин, не мог более быть использован в качестве подзатворного диэлектрика. В качестве решения этой проблемы было предложено использование альтернативного материала с более высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости, который при большей физической толщине мог бы обладать меньшей «электрической» толщиной.

Другой возникшей проблемой является недостаточная проводимость высоколегированного поли-81, используемого в качестве материала затвора, и диффузия легирующий примеси из него в канал. В качестве решения это проблемы было предложено использовать в качестве электрода затвора слой металла.

При изучении электрофизических свойств МДП-структур, сформированных на основе новых материалов было установлено, что на границах раздела металл/диэлектрик и диэлектрик/полупроводник возникает ряд нежелательных эффектов, таких как: химические реакции, образование электрических диполей, поверхностных состояний и тому подобное, причем теоретическое предсказание всех этих эффектов оказалось практически невозможным.

Таким образом, возникла необходимость проводить подробные исследования свойств границ раздела для каждой комбинации новых материалов с учетом влияния термообработок, необходимых для создания микросхем, на эволюцию этих свойств с целью подбора оптимальной структуры.

Цель работы

Целью диссертационной работы являлось выяснение химических, электронных и электрофизических свойств границ раздела в МДП-структурах на основе НЮг/81, ЬаА10з/81, А1203/81, а также механизмов влияния сред и режимов обработок на их функциональные свойства для приложений в перспективных логических и запоминающих устройствах.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи.

1. Создана установка для измерения вольт-фарадных характеристик МДП-структур, в том числе, при повышенной (до Т= 670 К) температуре.

2. На основе метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) разработана методика измерения «эффективной» работы выхода электрона из наноразмерных слоев металлов в контакте с диэлектриком.

3. Количественно проанализированы данные РФЭС-измерений, в том числе, с использованием синхротронного излучения, для определения взаимного расположения зон в М Д П- структур ах.

4. Установлена корреляция между экспериментальными данными измерений методом РФЭС и-ВФХ.

Научная новизна

1. Впервые с использованием метода РФЭС продемонстрировано влияние кислородных вакансий в слое диэлектрика на величину диполя на границераздела Ме/НЮ2 (Ме=Р1:, Аи, №).

2. Впервые экспериментально обнаружены рост и «растворение» сверхтонкого слоя 8Ю.х на границе раздела НЮ2/81 в зависимости от полярности стресса напряжением при повышенной температуре.

3. Впервые установлена эволюция взаимного расположения электронных зон в структуре Р^НГОг/З! в результате стресса- напряжением при повышенной температуре.

4. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность понижения «эффективной» работы выхода электрона из ферромагнитного затвора в МДП-структуре Ре/А12Оз/81 с помощью сверхтонкого маркера Ос1 на границе раздела металл/диэлектрик.

5. Получены новые данные об электрофизических свойствах тонких пленок ЬаАЮ3, выращенных методом атомного послойного осаждения (АПО) на Б!, и исследована их эволюция под действием быстрого термического отжига.

Научная и практическая ценность

Ценность полученных экспериментальных результатов заключается в том, что они могут быть использованы для верификации существующих и построения новых теоритических моделей распределения электрического потенциала в МДП-структурах на основе новых материалов. Разработанные методики могут быть использованы для исследований других актуальных комбинаций новых материалов. Результаты исследований МД11-структур на основе Pt/HfCb/Si и Fe/Gd/AbOß/Si могут быть использованы для разработки физических основ новых технологий изготовления логических и запоминающих устройств наноэлектроники и спинтроники.

Часть результатов, полученных в ходе выполнения работ, была защищена патентами Российской Федерации:

Патент №2393586 (27.06.2010 г.) «Способ формирования полевого КМОП-транзистора, созданного с использованием диэлектриков? на основе оксидов металлов с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости и металлических затворов, (варианты)» (Ю.А. Матвеев, Зенкевич A.B., Ю.Ю. Лебединский, В.Н. Неволин)

2. Патент №2393587 (27.06.2010 г.) «Способ формирования полевого КМОП-транзистора, созданного с использованием диэлектриков на основе оксидов металлов с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости и металлических затворов, и структура полевого КМОП транзистора» (Ю.А. Матвеев, Зенкевич A.B., Ю.Ю* Лебединский, В.Н. Неволин)

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанная методика измерения «эффективной» < работы выхода электрона из наноразмерных слоев металлов в контакте с диэлектриком на основе РФЭС.

2. Разработанная методика исследования влияния сред термообработок на величину электрического диполя на границе раздела металл/диэлектрик.

3. Обнаруженная зависимость величины электрического диполя на границе раздела металл/диэлектрик (металл = Au, Ni, Pt; диэлектрик = НЮз, ЬаАЮз) от условий термообработок МДП-структур на их основе.

4. Экспериментально установленная закономерность распределения потенциала в МДП-структурах Р1/НЮ2/81 и Аи/НГО2/81 в результате стресса напряжением при повышенной температуре.

5. Обнаруженные закономерности формирования («растворения») сверхтонкого слоя 8ЮЛ на. границе раздела НЮ2/81 в процессе отрицательного (положительного) стресса напряжением при повышенной температуре.

6. Установленная прямыми измерениями возможность управления величиной «эффективной» работы электрона из Ре в структурах Ре/Оё/АЬОз/Э! путем изменения толщины маркерного слоя вс!. .

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием современных экспериментальных методов и на этой базе детальным рассмотрением, физических явлений, и процессов, определяющих формирование свойств границ раздела в МДП-структурах. Результаты, полученные разными методами исследования, согласуются между собой, а, также не противоречат данным, известными из литературы.

Личный вклад соискателя

Соискатель лично создал установку для проведения измерений электрофизических характеристик, принимал непосредственное участие в модификации методики измерения диполей на границе раздела методом РФЭС для проведения измерений на наноразмерных МДП-структурах. Соискателем лично изготовлены экспериментальные образцы МДП-структур методом ИЛО, проведены измерения электрофизических свойств методом ВФХ. Принимал участие в измерениях и обработке данных, полученных методом1 РФЭС, и построении моделей, описывающих механизмы образования электрических диполей и химических реакций на границах раздела.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 153 страницах, содержит 95 рисунков, 13 таблиц и список цитируемой литературы из 114 наименований.

 
Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Выводы

В работе проводилось, изучение электронных и электрофизических свойств границ раздела систем металл/диэлектрик с высоким показателем диэлектрической проницаемости, представляющих интерес для современной твердотельной наноэлектроники. Исследованные материалы могут быть использованы в качестве электрода затворов и подзатворного диэлектрика в базовых МДП-структурах для КМОП-технологий. В качестве материалов диэлектриков в данной работе рассмотрены НГОо, который уже используется в технологических процессах изготовления современных логических микропроцессоров, AI2O3 - как перспективный материал для приложений в спинтронике и энергонезависимой памяти, и ЬаАЮз, который может рассматриваться как один из кандидатов на роль high-k технологии второго поколения: В качестве металлических затворов были выбраны Al, Au, Pt, Ni, Fe.

МДП-структуры изготавливались с использованием комбинации методов атомного послойного осаждения, который в настоящее время является промышленной технологией для создания сверхтонких диэлектрических слоев, и импульсного лазерного-осаждения- исключительно гибкого и прецизионного метода для выращивания любых металлических слоев.

Исследования структур осуществлялось с помощью методов измерения вольт-фарадных, вольт-амперных характеристик, лабораторной РФЭС и ВэРФЭС на синхротронных источниках, а также POP:

На основе проведенных экспериментальных исследований избранных МДП-структур можно сделать следующие выводы:

Детально исследованы электрофизические параметры плёнок ЬаАЮ3, выращенных с помощью различных прекурсоров кислорода и.исследовано влияние быстрого термического отжига. Установлено, что плёнки LaA103, выращенные с помощью Оз, обладают лучшими характеристиками, и они могут быть существенно улучшены при быстром термическом отжиге. Несмотря на сильное увеличение токов утечек после БТО, полученные плёнки ЬаАЮз демонстрируют очень хорошие электрофизические параметры, и делается вывод о возможности их применения в качестве подзатворного диэлектрика для КМОП-технологий .

2. В ходе выполнения работ была разработана методика исследования влияния сред термообработок на величину электрического диполя на границе раздела наноразмерных слоев металлов в контакте с диэлектриком на основе РФЭС и осуществлена её поверка с помощью традиционного метода измерения ВФХ. Один из основных преимуществ разработанной методики является возможность изучать влияние различных сред на образование диполя на границе раздела металл/диэлектрик из-за возможности диффузии атомов различных газов сквозь слой диэлектрика.

3. С использованием разработанной методики было изучено влияние термических обработок в различных средах на величину электрического диполя на границах разделов металл/диэлектрик (металл = Аи, N1, Р^ диэлектрик = НЮ2, ЬаАЮ3). Было продемонстрировано, что отжиг в условия СВВ приводит к появлению» электрического диполя, а последующий отжиг в кислороде к его разрядке, суммарные изменения «эффективной» работы выхода электрона составляют ДWFeff ~ 0.7 эВ. Полученные результаты можно объяснить в рамках модели заряженных кислородных вакансий, формирующихся в НЮ2.

4. С помощью ВэРФЭС экспериментально установлена эволюция распределения потенциала в МДП-структурах Р^НЮг/^ и Аи/НГО2/^ в результате стресса напряжением при повышенной температуре. Для структуры Р1УНГО2/81 впервые экспериментально продемонстрировано формирование сверхтонкого слоя 8ЮХ на границе раздела НГО2/81 толщиной с! = 3.8 нм в процессе стресса и = -2.5 В, Т = 350°С, и последующее его «растворение» до толщины <1 = 2.0 нм при стрессе и= +2.5В, Т=350°С. Продемонстрировано, что после отрицательного СНТ увеличивается проводимость НЮ2, и уменьшаются диполи на обеих границах раздела. Полученные результаты объясняются моделью заряженных кислородных вакансий, образующихся на границе раздела НЮ2/81 и дрейфующих под действием электрического поля в объём НЮ2.

5. Впервые прямыми измерениями с помощью ВэРФЭС установлена зависимость «эффективной» работы выхода электрона из Ре в зависимости от толщины маркерного слоя вё на величину «эффективной» работы Ре в МДП-структурах РеЛлс1/А12Оз/8ь Для этого, были выращены образцы со сверхтонким (толщиной (1-0.2-3.0 нм) градиентным маркерным металлическим слоем 0<1,. Полученные методом ВэРФЭС данные отлично коррелируют с данными ВФХ, и позволяют объяснить известные из литературы зависимости величин туннельных токов сквозь А12Оз в таких МДП-структурах.

 
Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Матвеев, Юрий Александрович, Москва

1. Статьи по теме диссертации)

2. Применение метода РФЭС для исследования электронных свойств границ раздела металл/диэлектрик Текст. // Ю.А. Матвеев, А.В. Зенкевич, Ю.Ю. Лебединский, [и др.]// Сборник научных трудов научной сессии МИФИ-2009. -Том 3. -С 60-63.

3. Effect of heat treatments on electric dipole at metal/high-k dielectric interfaces measured by in situ XPS Text./ A. Zenkevich, Y. Lebedinskii, Y. Matveyev, [et al.]// Microel. Eng. -2009. -vol. 86. -p. 1777-1779.

4. Effect of high-temperature annealing on lanthanum aluminate thin films grown by ALD on Si(100) Text./ G. Congedo, S. Spiga, L. Lamanga, [et al.]// Microel. Eng. -2009. -vol. 86. -p. 1696-1699.

5. Исследование МОП-структур на основе Hf02/Si02/n-Si(100) методом баллистической электронной эмиссионной спектроскопии Текст./ М.А. Лапшина, М.А. Исаков, Д.О. Филатов, [и др.] // Поверхность. -2010. -№ 5. -с. 57-68.

6. Исследование нанокомпозитных структур Si02:Me, сформированных путем сегрегации металла фронтом окисления кремния в слоях Si:Me Текст./ К. Ю. Максимова, Ю. А. Матвеев, А. В. Зенкевич, [и др.]// Перспективные материалы. -2010. -№2. -с. 33-38.

7. Синтез и исследование новых материалов в МДП-структурах для разработки физических основ КМОП-технологий наноэлектроники Текст./ А. В. Зенкевич, Ю. Ю. Лебединский, Ю. А. Матвеев, [и др.] // Микроэлектроника. -2010. -том 39. -с. 1—11.

8. Structural and electrical properties of TixAl|xOy thin films grown by atomic layer deposition Text./ A. P. Alekhin, A. A. Chouprik, S. A. Gudkova, [et al.]// J. Vac. Sei. Technol. В. -2011. -V. 29, P. 01 A302-1 01 A302-6.

9. Effect of biasing at elevated temperature on the electronic structure of Pt/Hf02/Si stacks Text./ Yu. Matveyev, A. Zenkevich, Yu. Lebedinskii, [et al.]//Microel. Eng. -2011. -vol. 88. -pp. 1353-1356.-в

10. Hori, Т. Gate Dielectrics and MOS ULSIs Text./ T. Hori. New York:1. Springer, 1997.

11. Packan, P. A. Pushing the Limits Text./P. A. Packan// Science. -1999. -V. 285.-P. 2079-2081

12. Dennard, R.H. Design of ion-implanted MOSFET's with very small physicaldimensions Text./R.H. Dennard, F.H. Gaensslen, V.L. Rideout// IEEE J. Solid-State Circuits. -1974. -V. 9. -P. 256.

13. International Technology Roadmap for Semiconductors, 2009 edition, FOCUS

14. С Tables Электронный ресурс. // — Режим доступа: http://www.itrs.net/Links/2009ITRS/Home2009.htm — Дата обращения: 01.05.2011.

15. Вгаг, В. Direct extraction of the electron tunneling effective mass in ultrathin

16. Si02 Text./ B. Brar, G. D. Wilk, A. C. Seabaugh//Appl. Phys. Lett. -1996. -V. 69. -P. 2728-2730

17. Robustness of ultrathin aluminum oxide dielectrics on Si(001) Text./M. Copel,

18. Atomic beam deposition of lanthanum- and yttrium-based oxide thin films forgate dielectrics Text./S. Guha, E. Cartier, M. A. Gribelyuk, [et. al.]// App. Phys. Lett. -2000. -V.77. -P.2710-2712.

19. Electronic structure of high-k transition metal oxides and their silicate and aluminate alloysText./G. Lucovsky, Y. Zhang, G. B. Rayner, [et. al.]//J. Vac. Sci. Technol. B. -2002. -V.20. -P.1739-1748.

20. Koleshko, V. M. Properties of rare earth oxide films Text./V. M. Koleshko, N.

21. V. Babushkina//Thin Solid Films. -1979. -V. 62. -P.l-4.

22. Xue, D. Dielectric constants of binary rare-earth compounds Text./ D. Xue, K.

23. Betzler, H. Hesse //J. Phys . Condens. Matter. -2000. -V.12. -P.3113-3118.

24. Тетерин, Ю.А. Структура рентгеноэлектронных спектров соединений лантанидов Текс./Ю.А. Тетерин, А.Ю. Тетерин //Успехи химии. -2002. -Т. 71. -№ 5. -С.401-504.

25. Dover, R. B. Amorphous lanthanide-doped TiOx dielectric films Text./ R. B.van Dover// App. Phys. Lett. -1999. -V.74. -P.3041-3043.

26. Intermixing at the tantalum oxide/silicon interface in gate dielectric structures

27. Text./G. B. Alers, D. J. Werder, Y. Chabal. et. al.]// App. Phys. Lett. -1998. -V.73. -P.1517-1519.

28. Copel, M. Structure and stability of ultrathin zirconium oxide layers on Si(001)

29. Text./ M. Copel, M. Gribelyuk, E. Gusev// Appl. Phys. Lett. -2000. -V.76. -P. 436-438.

30. Ultrathin high-K metal oxides on silicon: processing, characterization and integration issues Text./E. P. Gusev, E. Cartier, D. A. Buchanan, [et. al.]// Microelec. eng. -2001. -V.59. -P.341-349.

31. Yang, J.-K. Energy band structure and electrical properties of (La203)i--x(Si02)x0 < x < l)/n-GaAs(001) system Text./J.-K. Yang, H.-H. Park // Appl. Phys. Lett. -2005. -V. 87. -P.202102-1 -202102-3.

32. Delugas, P. Dielectric properties and long-wavelength optical modes of thehigh-K oxide LaA103 Text./P. Delugas, V. Fiorentini, A. Filippetti // Phys. Rev. B. -2005. -V. 71. -P. 134302-1 134302-6

33. Busani, T. The importance of network structure in high-k dielectrics: LaA103,

34. Pr203, and Ta205 Text./T. Busani, R. A. B. Devine // J. Appl. Phys. -2005. -V. 98. -P.44102-1 -44102-5.

35. Measurement of the band offsets between amorphous LaA103 and silicon Text./L. F. Edge, D. G. Schlom, S. A. Chambers, [et. al.]// Appl. Phys. Lett. -2004. -V.84. -P.726-728.

36. Band alignment between (100) Si and amorphous LaA103, LaSc03, and Sc203:

37. Atomically abrupt versus interlayer-containing interfaces Text./V. V. Afanas'ev, A. Stesmans, L. F. Edge, [et.al.] // Appl. Phys. Lett. -2006. -V. 88. -P.032104-1 032104-3.

38. Robertson, J. High-dielectric constant gate oxides for metal oxide Si transistors

39. Text./ J. Robertson// Rep. Prog. Phys. -2006. -V.69. -P.327-396.

40. Atomic layer deposition of lanthanum aluminum oxide nano-laminates for electrical applications Text./ B. S. Lim, A. Rahtu, P. de Rouffignac, [et. al.]//Appl. Phys. Lett. -2004. -V. 84. -P. 3957-3959.

41. Bez, R. Introduction to flash memory Text./R. Bez, E. Camerlenghi, A. Modelli, A. Visconti// Proceedings of the IEEE. -2003. -V. 93. -P. 489 502.

42. Lee, C.-H. Charge Trapping Memory Cell of TANOS (Si-0xide-SiN-Al203

43. Phase change materials and their application to random access memory technology Text./S. Raoux, R. M. Shelby, J. Jordan-Sweet, [et al.]// Microelect. Eng. -2009. -V.85. -P. 2330-2333:

44. Nonvolatile Magnetoresistive Random-Access Memory Based on Magnetic

45. Tunnel Junctions Text./G. Grynkewich, J. Akerman, P. Brown, [et al.]// MRS Bulletin. -2004. -V. 29. -P 818-821.

46. Waser, R. Nanoionics-based resistive switching memories Text./R. Waser, M.

47. Aono//Nature Materials. -2007. -V. 6. -P 833-840.

48. Simmons, J. G. New Conduction and Reversible Memory Phenomena in Thin1.sulating Films Text./ J. G.Simmons, R. R. Verderber// Proc. R. Soc. London Ser. A. -1967. -V. 301. -P. 77-102.

49. Hysteretic current-voltage characteristics and resistance switching at an epitaxial oxide Schottky junction SrRuO3ZSrTi0.99Nb0.01O3 Text./ T. Fujii, M. Kawasaki, A. Sawa, [et al.]//Appl. Phys. Lett. -2005. -V. 86. -P. 1210712109

50. Jia, C. L. Atom vacancies at a screw dislocation core in SrTiC>3 Text./C. L.

51. Jia, L. Houben, K. Urban// Philos. Mag. Lett. -2006. -vol. 86. -p. 683.

52. Resistive switching mechanism of Ti02 thin films grown by atomic-layer depositionText./B. J. Choi, D. S. Jeong, S. K. Kim, [et al.]// J. of App. Phys. -2005. -V. 98. 033715-1 - 033715-10.

53. Resistance Switching Behaviors of Hafnium Oxide Films Grown by MOCVDfor Nonvolatile Memory Applications Text./ S. Lee, W.-G. Kim, S.-W. Rhee, [et al/]// J. of the Electroch. Soc. -2008. -V. 155. -P. H92-H96

54. Szot, K. Electrical characterization of Perovskite Nanostructures Text./K. Szot, B. Reichenberg, F. Peter//Scanning Probe Microscopy/Eds. S. Kalinin, A. Gruverman. — Berlin:Springer. 2007.

55. Role of oxygen vacancies in Cr-doped SrTi03 for resistance-change memory

56. Text./ M. Janousch, G. I. Meijer, U. Staub, et al.] // Adv. Mater. -2007. -V. 19.-P. 2232-2235.

57. Effects of gate depletion and boron penetration on matching of deep submicron

58. CMOS transistors Text./ H.P. Tuinhout, A.H. Montree, J. Schmitz, [et al.]// Internat. Elect. Dev. Meet. Tech. Digest. -1997, P. 631.

59. Josse, E. Poly silicon gate with depletion-or-metallic gate with buried channel:what evil worse Text./ E. Josse, T. Skotnicki// Internat. Electron Dev. Meet. Tech. Digest. -1999. -P. 661.

60. Boron diffusion and penetration in ultrathin oxide with poly-Si gateText./M.

61. Freeouf, J. L. Schottky barriers: An effective work function model Text./ J. L.

62. Freeouf, J. M. Woodall// App. Phys. Let. -1981. -V. 39. -P. 727-729

63. Yeo, Y.-C. Metal-dielectric band alignment and its implications for metal gatecomplementary metal-oxide-semiconductor technology Text./ Y.-C. Yeo, T.-J. King, C. Hu// J. of App. Phys. -2002. -V. 92. -P. 7266-7271.

64. Effects of High-K Gate Dielectric Materials on Metal and Silicon Gate WorkfunctionText./ Y.C. Leo, P. Ranade, K.J. King, [et al.] // IEEE Electron Device Letters. -2002. -V. 23 -P.342-344.

65. Contributions« to the effective work function of platinum on hafnium dioxide

66. Text./ J. K. Schaeffer, L. Fonseca, S. Samavedam, et al.]; II Appl. Phys. Lett. -2004: -V. 85. -P. 1826-1828 /'"

67. Role of oxygen vacancies in'VFB/Vt stability of pFET metals omHf02 Text./E.

68. Xiong, K. Electronic structure of oxygen vacancies in La203, LU2O3 and L.aLu03Text./ K. Xiong, J. Robertson // Microelectr. Eng.-2009. -V. 86. -P. 1672-1675.

69. Xiong, K. Electronic, defects in LaAlÖ3Text./ K. Xiong, J. Robertson, S .J.

70. Clark // Microelectr. Eng. -2008. -vol. 85. -pp. 65-69

71. Liu, D. Oxygen vacancy levels and interfaces of Al203Text./ D. Liu, J; Robertson II Microelectr. Eng. -2009. -V. 86. -P. 1668-1671

72. Defect energy levels in Hf02 high-dielectric-constant gate oxideText./ K. Xiong, J. Robertsona, M. C. Gibson, [et al.]//App. Phys. Let. -2005. -vol. 87. -p. 183505-1 183505-3.

73. Robertson; J. Fermi level pinning by defects in Hf02-metal gate stacksText./J.

74. Robertson, O. Sharia, A.A. Demkov// App. Phys. Let. -2007. -V. 91. -P. 132912-1 132912-3

75. BTI characteristics and mechanisms of metal gated Hf02 films with enhanced.interface/bulk process treatments/ S. Kalpat, H.-H. Tseng, M. Ramon, et al.// Device and Materials Reliability, IEEE Transactions on. -2005. -V. 5 .-P. 2635

76. A comparative study of NBTI as a function of Si substrate orientation and gatedielectrics (SiON and Si0N/Hf02)Text./ S. Zafar, M. Yang, E. Gusev, [et al.]// 2005 IEEE VLSI-TSA International Symposium on. -2005. -P. 128

77. BTI reliability of 45 nm high-K + metal-gate process technology Text./ S. Pae,

78. M. Agostinelli, M. Brazier, et al.// IRPS 2008. IEEE International. -2008. -P. 352

79. Choi, Eun-Ae Charge-transition levels of oxygen vacancy as the origin of device instability in Hf02 gate stacks through quasiparticle energy calculationsText./Eun-Ae Choi, K. J. Chang // App. Phys. Lett. -2009. -V. 94. -P. 122901-1 122901-3

80. Hall, R.B. The Poole-Frenkel effect Text./R.B. Hall // Thin Solid Films.1971.-V. 8. -P. 263-271.

81. The Effect of Nanoscale Nonuniformity of Oxygen Vacancy on Electrical and

82. Reliability Characteristics of Hf02 MOSFET DevicesText./ H. Park, M. Jo, H. Choi, [et al.]// IEEE Elect. Dev. Let. -2008. -V. 29. -P.54-56.

83. Evidence for hydrogen-related defects during NBTI stress in p-MOSFETs Text./ V. Huard, F. Monsieur, G. Ribes, [et al.] // Proc. Int. Reliability

84. Physics Symp. -2003. -P. 178-182.

85. Switching the electrical resistance of individual dislocations in single-crystalline SrTi03Text./ K. Szot, W. Speier, G. Bihlmayer, [et al.] // Nat. Mater. -2006. -V.5. -P.312-320.

86. Sawa, A. Resistive switching in transition metal oxidesText./ A. Sawa// Mater. Today. -2008. -V. 11. -P. 28-36.

87. Lee, J. Materials and process aspect of cross-point RRAM (invited) Text./ J.1.e, M. Jo, D. Seong // Microelect. Eng. -2011. -V. 88. -P. 1113-1118

88. Hubler, G.K. Comparison of Vacuum Deposition Techniques Text./ G.K.

89. Hubler// Pulsed Laser Deposition of Thin Films/ Eds. R. Eason: New York,Wiley, 1994, P. 327-355.70 . Рыкалин" H. H., Лазерная обработка материалов Текст./ Н. Н. Рыкалин,

90. А. А. Углов, Ф. Н. Кокора.//— Москва:Машиностроение, 1975, с. 31571 . Масс-спектрометрическое исследование нейтралей лазерной , плазмы/

91. Быковский Ю. А., Сильнов С. М. , Сотниченко Е. А., и др.// ЖЭТФ. -1987. -Т.93. -В.2(8) -С. 500-508.

92. Зенкевич А. В. Структуре- и фазообразование в лазерно-осаждённых слоях силицидов металлов Текст.: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук : — 01.04.07/ А.В. Зенкевич. -Москва, 1997

93. Chrisey, D. В. Pulsed laser deposition of thin films/D. B. Chrisey, G. K. Hubler// -New YorkiWiley, 1994.

94. Puurunen, R.L. Surface chemistry of atomic layer deposition: A case study forthe trimethylaluminum/water process Text./ R.L. Puurunen// J.of Appl. Phys. -2005. -V.97. -P.121301-1 121301-3.

95. Gusev, E. P. Ultrathin НГО2 films grown on silicon by atomic layer depositionfor advanced gate dielectrics applications Text./ E. P. Gusev, C. Cabral Jr., M. Copel, [et al.] // Microelectr. Eng. -2003. -V. 69. P. 145-151.

96. Puurunen, R.L. Growth Per Cycle in Atomic Layer Deposition: A Theoretical

97. Model Text./ R.L. Puurunen // Chem. Vap. Deposition. -2003. -V.9. P.249-257.

98. Leskelä, M. Atomic Layer Deposition Chemistry: Recent Developments and

99. Future Challenges Text./ M. Leskelä, M. Ritala // Angew. Chem. Int. Ed. -2003.-V. 42.-P.5548.

100. Scofield, J. Hartree-Slater subshell photoionization cross-sections at 1254 and1487 eV Text./ J. Scofield// J.Electron Spect. -1976. -V.8. -P. 129-137.

101. Siegbahn, К. ESCA applied to free molecules Text./ K.Siegbahn // -North1. Holland Pub. Co., 1970

102. Wertheim, G. X-ray photoemission and the electronic structure of solids Text./ G.Wertheim // J. of Franklin Institute. -1974. -V.298. -P.289-298.

103. Kowalczyk, S. New Multiplet Structure in Photemission from MnF2Text./ S.

104. P. Kowalczyk, L. Ley, R. A. Pollak, et al. .// Phys. Rev. В. -1973. -V.7. -P.4009-4011.

105. C. J. Powell, A. Jablonski, NIST Electron Inelastic-Mean-Free-Peth Database,

106. Version 1.2, SRD 71, National Institute of Standarts and Technology, Gaithersburg, MD (2010)

107. Chu, W.K., Backscattering Spectrometry Text./ W.K.Chu, W. Mayer, M.A. Nicolet// -New York: Academic Press, 1978. -p. 384.

108. Гуртов, В. А., Твердотельная электроникаТекст./ В. А Гуртов// -Петрозаводск:ПетрГУ, 2004. -312 с.

109. Nicollian, E.H. MOS(Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology

110. Text./ E.H. Nicollian, J.R. Brews// -New York:Wiley, 1982

111. Hill, W.A. A single-frequency approximation for interface-state density determination Text./W.A. Hill, C.C. Coleman // Solid-State Electronics. -1980.-V. 23. —P.987-993.

112. Extending two-element capacitance extraction method toward ultraleaky gateoxides using a short-channel lengthText./ J.-S. Goo T. Mantei, K. Wieczorek, [et al.]// IEEE Electron Device Letter. -2004. -V 25. -P.819-821

113. MOS C-V characterization of ultrathin gate oxide thickness (1.3-1.8 nm) Text./ C.-H. Choi, J.-S. Goo, T.-Y. Oh, [el al]// IEEE Electron. Device Letters. -V. 20. -N.6. -P. 292-294.

114. Estimating oxide thickness of tunnel oxides down to 1.4 nm using conventionalcapacitance-voltage measurements on MOS capacitors Text./ W. K. Henson, K. Z. Ahmed, E. M. Vogel, [et al.]// IEEE Electron Device Letters. -1990. -V. 20. -N.4. -P. 179-181

115. Yang, K.J. MOS capacitance measurements for high-leakage thin dielectrics

116. Text./ K.J. Yang, Chenming Hu// IEEE Transactions on Electron Devices. — 1999.-V. 46.-P. 1500-1501.

117. D.J. Schlom, J.H. Haeni, MRS Bull. (2002) 198.

118. Chemical/Structural Nanocharacterization and Electrical Properties of ALD

119. Grown La203/Si Interfaces for Advanced Gate StacksText./ S. Schamm, P.E. Coulon, S. Miao, [et al.]//J. Electrochem. Soc. -2009. -V.156. -P.H1-H6.

120. Atomic Layer Deposition and Properties of Lanthanum Oxide and Lanthanum

121. Aluminum Oxide Films Text./ K. Kukli, M. Ritala, V. Pore, [et al.]// Chem. Vap. Deposition. -2006. -V.12. -P. 158-164.

122. L. Miotti, K.P. Bastos, C. Driemeier, V. Edon, M.C. Hugon, B. Agius, I.J.R.

123. Baumvol, Appl. Phys. Lett. 87 (2005) 022901.

124. Park, B.-E. Formation of ЬаАЮз films on Si(100) substrates using molecularbeam deposition Text./ B.-E. Park, H. Ishiwara// Appl. Phys. Lett. -2003. — V.82.-P. 1197-1199.

125. Precise Determination of the Valence-Band Edge in X-Ray Photoemission Spectra: Application to Measurement of Semiconductor Interface Potentials Text./ E. A. Kraut, R. W. Grant, J. R. Waldrop, [et al.]// Phys. Rev. Lettr. -1980.-V.24.-P. 1620-1623.

126. E. Bauer // Z. Kristallogr. 110, 423, Sect 3.9.2 (1958)

127. Ландау, Л.Д. Электродинамика сплошных средТекст. / Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц// -М:Наука, 1982г

128. Займан, Д.Ж. Принципы теории твердого телаТекст./ Д.Ж. Займан// -М:Мир, 1974

129. Шкловский, Б.И. Электронные свойства легированных полупроводников Текст./ Б.И. Шкловский, А.А.Эфрос // -М:Наука, 1974

130. Wilk, G. D. High-к gate dielectrics: Current status and materials properties considerations Text./ G. D. Wilk, R. M. Wallace, J. M. Anthony// J. of App. Phys. -2001. -V.89. -P. 5243-5275.

131. Electronic Structure Differences in Zr02 vs Hf02Text./W. Zheng, К. H. Bowen, J. Li, [et al.]// J. Phys. Chem. A. -2005. -V.109. -P.l 1521-11525.

132. Silicon thermal oxidation and its thermal desorption investigated by Si 2p core-level photoemission Text./ Y. Enta, H. Nakazawa, S. Sato// J. of Physics: Conference Series. -2010. -V. 235. -P. 012008-1 012008-3.

133. Michaelson, H. B. The work function of the elements and its periodicity Text./ H. B. Michaelson// J. Appl. Phys. -1977. -V. 48. -P. 4729-4733

134. Huang, M. L. Energy-band parameters of atomic layer deposited AI2O3 and Hf02 on InxGaixAs/ M. L. Huang, Y. C. Chang, Y. H. Chang// Appl. Phys. Lett. -2009. -V. 94. -p. 052106-1 052106-3.

135. Geppert, I. Band offsets determination and interfacial chemical properties of the Al203/GaSb systemText./ I. Geppert, M. Eizenberg, A. Ali, S. Datta // Appl. Phys. Lett. -2010. -V. 97. -p. 162109-1 -162109-3.

136. Atomic Layer Deposition of Gadolinium Oxide Films Text./ K. Kukli, T. Hatanpää, M. Ritala, [et al.] // Chemical Vapor Deposition. -2007. —V. 13. — P. 546-552

137. Gd203 High-K Gate Dielectrics Deposited by Magnetron Sputtering Text./ S. Yue, F. Wei, Yi Wang, [et. al.] //Journal of Physics: Conference Series. -2009.-V. 152 .-P. 012004