Herstellung ultra-dünner hoch-Ɛr Oxide und deren Verhalten unter dynamischen elektrischen Stressbedingungen

Im Rahmen dieser Arbeit werden HfO₂ und ZrO₂ basierte hoch- varepsilon₊r Materialsysteme mit ihrer jeweiligen Anwendung als Gateoxid bzw. DRAM Isolalationsschicht untersucht. Es werden alternative dielektrische Schichten für Speicherkondensatoren diskutiert und Alternativen zum ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂ (ZAZ) Schichtstapel untersucht. Neben ZAZ, wurden Schichtstapel mit SrO oder Sc₂O₃ Zwischenschicht abgeschieden und strukturell und elektrisch charakterisiert. Weiterhin wurden die abgeschiedenen Schichten hinsichtlich ihres dielektrischen Absorptionsverhalten sowie ihres Durchbruchsverhalten geprüft und verglichen. Ein weiterer Schwerpunkt ist das statische und dynamische Verhalten des zeitabhängigen dielektrischen Durchbruchs. Als Alternative zum DRAM Konzept wird die ferroelektrische Eigenschaft von dotierten HfO₂ und dessen Einsatz als ferroelektrischer RAM vorgestellt. Bei diesem Konzept wird das paraelektrische Dielektrikum eines DRAMs durch das ferroelektrische Material ersetzt. Des Weiteren wurde im Rahmen dieser Arbeit HfO₂ als hoch- varepsilon₊r Dielektrikum für Transistoren mit metallischem Gate (HKMG) untersucht. Mittels temperaturabhängigen Leckstrommessungen wird der dominante Leistungsmechanismus untersucht. Wie im vorangegangenen Teil der Arbeit wird das dielektrische Absorptionsverhalten studiert. Auch für HKMG Transistoren wird der zeitabhängige dielektrische Durchbruch bei alternierendem elektrischem Stress und die Rolle von Defekten in Form von Sauerstofffehlstellen beleuchtet.