Charakterisierung von Dielektrika für Hochtemperatur-CHEMFETs

Aluminiumoxid ist ein Material, das für zahlreiche Anwendungen in der Mikrotechnik in Frage kommt. Durch seine hohe Dielektrizitätskonstante eignet es sich besonders als Dielektrikum für Transistoren. Als solches kann es auch dazu verwendet werden, chemisch sensitive Feldeffekttransistoren herzustellen. Für Anwendungen, die bei hoher Temperatur stattfinden, ist sicher zu stellen, dass sich das Material während der Benutzung nicht verändert, damit die Eigenschaften des Bauteils konstant bleiben. Daher muss ein Aluminiumoxid-Dielektrikum für Hochtemperatur-Anwendungen getempert werden. Um einen möglichst sinnvollen Temper-Prozess wählen zu können wurden in dieser Arbeit die Auswirkungen thermischer Ausheilung auf Aluminiumoxid-Dielektrika charakterisiert. Hierbei wurde festgestellt, dass ein Phasenübergang von amorph zu kristallin zwischen 800 °C und 820 °C erfolgt. Bei Voralterungsprozessen unterhalb dieser Temperatur konnte eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften sowie eine Verschiebung der Flachbandspannung zu 0 V hin beobachtet werden. Bei Temperaturen darüber ist mit starken Leckstömen zu rechnen. Eine Ausnahme hiervon bildet der Temper-Prozess bei 1200 °C. Unter Bildung einer deutlich dickeren Zwischenschicht mit hohem Siliziumgehalt wird diese Probe elektrisch stabilisiert. Die Halbleitergrenzfläche kann durch den Prozess so gut ausgeheilt werden, dass eine hoch leitende Inversionsschicht zustande kommt. Durch einen Temper-Schritt bei 1200 °C werden Hysteresekurven und damit Umladungseffekte an Traps minimiert. Für eine Anwendung auf Siliziumbasis kann deshalb ein Temperschritt bei einer Temperatur von 1200 °C als optimal angesehen werden.