High-Performance HfO2/Al2O3 Superlattice MIM Capacitor in a 200 mm High-Volume Batch-ALD Platform

超晶格 电容器 体积热力学 材料科学 光电子学 物理 电子工程 电气工程 工程类 电压 量子力学
作者
Partha Mukhopadhyay,Ivan Fletcher,Zuriel Caribe Couvertier,Julio Morris,Jennifer Perez,Chris Nichols,John A. Allgair,Jim Vandevere,Winston V. Schoenfeld,Sara Aoki,Enzo Novoselic,Shara Lombardo,Dina H. Triyoso,J.G. Kretzschmar,Anton Devilliers,J. Fulford
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (3): 2036-2042 被引量:3
标识
DOI:10.1109/ted.2024.3353702
摘要

We have developed a superlattice structure (SLS) of HfO2 and Al2O3 high- ${k}$ dielectrics by high-volume batch atomic layer deposition on a 200 mm platform. The SLS forms a hafnium aluminate (Hf1-xAlxO) alloy at deposition temperature and presents superior electrical properties as a metal-insulator-metal (MIM) capacitor. Among the samples, an Al mole fraction of ~0.31 demonstrates the highest capacitance density ( ${C} _{p} {D}$ ) of 12.46 fF/ $\mu \text{m}^{{2}}$ and dielectric constant, $\kappa >$ 22, 2% better than HfO2. A higher Al mole fraction of 0.56 shows a superior quadratic component ( $\alpha $ ) of voltage-coefficient of capacitance and 68% higher- $\kappa $ than an Al2O3 capacitor. Electrical measurement before and after annealing at 650 °C for 30 s illustrates the thermal stability of capacitors. The present research indicates a small amount of Al incorporation in HfO2 extends its quantization temperature by stabilizing the crystal phase by reducing oxygen vacancies and traps. It remarkably improved electrical characteristics under thermal stress compared to broken-down HfO2 capacitors under annealing. Besides, the alloy also shows improved linearity over a broad frequency range, lower leakage current, and a breakdown electric field ( ${E} _{\text {BV}}$ ) in the order of 4 MV/cm. At the same time, higher Al incorporation provides the highest ${E} _{\text {BV}}$ of ~8 MV/cm, low leakage, and near principle $\alpha $ of 210 ppm/ $\text{V}^{{2}}$ with better thermal stability. These thin multilayer SLS alloys show excellent relative capacitance variation over the voltage with high ${C} _{p} {D}$ , $\kappa $ , low leakage of 10 nA/cm2 at 3 MV/cm, suitable for higher thermal budget and interposer process integration for various high bandwidth RF and low-cost memory applications with smaller chip area.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
li2010发布了新的文献求助10
刚刚
2秒前
2秒前
李健的小迷弟应助猪猪hero采纳,获得20
2秒前
4秒前
科研通AI5应助lxw采纳,获得10
5秒前
搜集达人应助精明的橘子采纳,获得10
5秒前
ZG完成签到,获得积分10
5秒前
旷野发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
孙燕应助无缺采纳,获得10
7秒前
脸小呆呆发布了新的文献求助10
8秒前
无花果应助坦率的文龙采纳,获得10
9秒前
开花完成签到,获得积分10
13秒前
15秒前
具体问题具体分析完成签到 ,获得积分10
16秒前
高飞发布了新的文献求助20
16秒前
尊敬的半梅完成签到 ,获得积分0
16秒前
科研通AI2S应助li2010采纳,获得10
16秒前
17秒前
BRID完成签到,获得积分10
18秒前
舒心的寄松完成签到,获得积分20
19秒前
20秒前
紫杉完成签到,获得积分10
20秒前
豆豆发布了新的文献求助10
22秒前
22秒前
牛肉面完成签到 ,获得积分10
23秒前
23秒前
科研通AI5应助雨滴采纳,获得10
25秒前
25秒前
ttyj完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
豆豆完成签到,获得积分10
26秒前
水123发布了新的文献求助10
28秒前
赘婿应助笨笨的数据线采纳,获得10
29秒前
29秒前
29秒前
30秒前
32秒前
32秒前
高分求助中
Applied Survey Data Analysis (第三版, 2025) 800
Narcissistic Personality Disorder 700
Handbook of Experimental Social Psychology 500
The Martian climate revisited: atmosphere and environment of a desert planet 500
建国初期十七年翻译活动的实证研究. 建国初期十七年翻译活动的实证研究 400
Transnational East Asian Studies 400
Towards a spatial history of contemporary art in China 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3846711
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3389256
关于积分的说明 10556523
捐赠科研通 3109635
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1713842
邀请新用户注册赠送积分活动 824967
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 775135