退火温度对HZO中形变相界（MPB）性能和可靠性的影响

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Impacts of Annealing Temperature on Performance and Reliability of Morphotropic Phase Boundary (MPB) in HZO

本研究探讨退火温度对MPB Hf0.25Zr0.75O2电容性能及可靠性的影响。通过原子层沉积和CV测试发现，500℃退火样品呈现不对称双峰，介电常数达57，T相占比64%。泄漏电流密度6.16×10^-9 A/cm2，10年TDDB场强2.68 MV/cm，性能最佳。研究表明T相比例增加可提升介电性能及可靠性，其氧空位扩散屏障机制有效抑制TDDB，该结构满足DRAM存储节点BEOL兼容的工艺需求。

　　

摘要：

本研究探讨了退火温度对形变相界（MPB）HfO₂和ZrO₂电容器的性能和可靠性的影响，这些电容器用于DRAM应用。薄膜采用原子层沉积（ALD）技术制备。在500°C的退火温度下，电容-电压（CV）测量结果显示出了明显的不对称双峰特性，同时电介质常数（κ）高达57。掠入射X射线衍射（GIXRD）分析证实，这种高电介质常数是由于在该温度下T相的比例（64%）较高所致。漏电流和时变介质击穿（TDDB）测试表明，经过500°C退火的样品具有最佳的可靠性：在6.1 ?的电极氧化层（EOT）厚度下，其十年TDDB寿命约为2.68 MV/cm，同时漏电流密度仅为6.16×10^-9 A/cm²（在1 V电压下）。这些结果表明，T相比例的增加提升了电介质性能和TDDB可靠性，这归因于T相较大的氧空位扩散势垒。因此，所提出的MPB HZO结构满足了DRAM存储节点电容器在晶圆后端制造（BEOL）兼容热预算下的电压和漏电流要求。