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Erhöhung der Zuverlässigkeit von High-k Dielektrika für integrierte hochkapazitive Kondensatoren

 
: Mart, Clemens
: Weber, Jörg; Lakner, Hubert; Weinreich, Wenke

Dresden, 2017, 72 pp.
Dresden, TU, Master Thesis, 2017
German
Master Thesis
Fraunhofer IPMS ()

Abstract
Die fortschreitende Miniaturisierung elektronischer Baugruppen bei gleichzeitiger Verringerung des Energieverbrauchs ist für viele moderne Anwendungsfälle unausweichlich. Die Integration von Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren (MIM) für Abblock- sowie Filteranwendungen auf Bauelement-Ebene oder direkt auf dem Chip ermöglicht eine deutliche Platzeinsparung. In der vorliegenden Arbeit werden ZrO2-Basierte MIM-Kondensatoren mit Hilfe der Atomlagenabscheidung hergestellt. Durch die gezielte Einbringung von Al2O3 und SiO2 an den Elektrodengrenzflächen werden die elektrischen Eigenschaften der MIM-Strukturen optimiert. Durch ToF-SIMS-Messungen erfolgt die Bestätigung der verschiedenen evaluierten Konzentrationsprofile. Mit Hilfe von Leckstrom-Messungen sowie zeitaufgelösten Durchbruchsmessungen (sog. TDDB-Methode) wird bei den Proben eine Erhöhung der Durchbruchsspannung und der Lebensdauer festgestellt. Außerdem wird eine Verbesserung der Kapazitätsstabilität unter Einwirkung von elektrischem Stress festgestellt. Als Mechanismus für die Degradation der Kapazitätskennlinien wird die Erzeugung bzw. Besetzung von Defekten in Elektrodennähe identifiziert. Die stressinduzierte Formierung einer ferroelektrischen Phase wird durch die Einbringung von Al2O3 unterdrückt. Mit Hilfe eines einfachen Modells wird die störstellenunterstützte Bewegung von Ladungsträgern im Dielektrikum mit der Spannungsabhängigkeit der Kapazität in Verbindung gebracht. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Interface-Region zwischen Dielektrikum und Elektroden ein entscheidender Bereich für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der MIM-Kondensatoren ist.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-458739.html