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Entwicklung von Hafniumoxid ALD-Prozessen mit alternativen Oxidationsmitteln

Hafnium oxide ALD process development with alternative oxidants

  • Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung in der CMOS-Technologie ist die Optimierung bestehender Prozesse und die Integration neuer Materialen sowie Herstellungsverfahren der Schlüssel zu höherer Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz der Mikrochips. Gegenstand dieser Bachelorarbeit ist Hafniumoxid, was als dielektrische Schicht in aktuellen und zukünftigen Transistorgenerationen eingesetzt wird. In der vorliegenden Arbeit wurden die alternativen Dry PeroxideTM (H2O2)und Ethanol (C2H6O) in Verbindung mit dem Metallpräkursor HfCl4 für die thermische Atomlagenabscheidung von HfO2 getestet. Die HfO2-Schichten entstanden auf 300 mm Siliciumwafern in einem für die industrielle Fertigung geeignetem ALD-Reaktor. Es konnte für beide ALD-Prozesse das typische selbstbegrenzte Schichtwachstum für Abscheide-temperaturen zwischen 200 °C und 300 °C nachgewiesen werden. Neben dem Wachstums-verhalten in diesem Temperaturfenster wurden auch die Auswirkungen der Oxidationsmittel auf die Materialeigenschaften mittels XPS und XRR untersucht. Um die Neuentwicklung dieser ALD-Prozesse bzw. die entstanden HfO2-Schichten zu bewerten, wurden vergleichbare Daten der bereits umfassend erforschten HfCl4 basierten ALD-Prozesse (HfCl4 / H2O und HfCl4/ O3) generiert.
  • Advanced miniaturization in CMOS technology requires the optimization of existing processes as well as the integration of new materials and manufacturing techniques in order to increase performance and energy efficiency of microchips. This Bachelor thesis investigates the properties of hafniumoxide which is applied as dielectric layer in current and future transistor generations. In this study, the alternative oxidants dry peroxideTM (H2O2) and ethanol (C2H6O) were tested for thermal atomic layer deposition of HfO2 in combination with the metal precursor HfCl4. The hafnium oxide layers were grown on 300 mm silicon wafers in an industry-qualified ALD reactor. Self-limited layer growth could be revealed for both ALD processes at deposition temperatures of between 200 °C and 300 °C. Apart from the growth behaviour demonstrated in this temperature range, the impact of the oxidant on the material properties was investigated using XPS and XRR. In order to evaluate the new development of such ALD processes as well as of the resulting HfO2 layers, comparable data on already extensively studied ALD processes based on HfCl4 (HfCl4 / H2O und HfCl4 / O3) were generated.

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Metadaten
Author:Stephan Paulack
Advisor:Andreas NeidhardtGND
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Name:Fraunhofer Center für Nanoelektronische Technologien
Königsbrücker Str. 180, 01099 Dresden
Date of Publication (online):2018/02/22
Year of first Publication:2014
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Date of final exam:2014/06/23
Tag:ALD; Atomlagenabscheidung; HfO2
Page Number:35 Seiten, 30 Abb., 10 Tab., 36 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik
Release Date:2018/02/22