Resumen de Dieléctricos de alta permitividad para próximas generaciones de circuitos integrados/s: High permitivity dielectrics for next generations of integrated circuit
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La tecnología de circuitos integrados CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) basada en silicio (Si) ha dominado en la industria microelectrónica desde finales de los años 80. Esto ha sido posible gracias a la continua reducción de las dimensi ones del principal dispositivo activo: el MISFET (metal-insulator-semiconductor field effect transistor). Una de las claves en el escalado de los MISFET fue el dieléctrico usado como aislante entre el metal de puerta (Si poli-cristalino altamente dop ado o poly Si) y el canal en el semiconductor (Si), el óxido de silicio (SiO2). De hecho, estos dispositivos han sido denominados tradicionalmente MOSFET ya que el aislante es un óxido del sustrato de silicio. En 2008, el SiO2 fue remplazado por un d ieléctrico de alta permitividad (dieléctrico de alta ?), un dieléctrico basado en hafnio, para superar problemas críticos en el escalado de los dispositivos de Si. La investigación actual está enfocada hacia nuevas estrategias para las próximas gener aciones de transistores MISFET, como nuevos materiales de alta ? o nuevas rutas de fabricación de los dispositivos. El principal objetivo de esta tesis es estudiar dos estrategias diferentes para continuar el escalado de los MISFET. En primer lugar,
- English
This thesis studies two different approaches for further downscaling in the CMOS technology and the flash memory devices. In the first place, we study Gd2-xScxO3 deposited by high pressure sputtering as a candidate for the third generation of high k dielectrics. We studied the high k material/Si interface, and an optimization of the growing conditions of the binary components (Gd2O3 and Sc2O3). We assessed the influence of the metal gate on the properties of the binary oxides, comparing Al (reactive), Pt (noble metal) and Ti (oxygen scavenger). Then,we grew ~8 nm amorphous Gd-rich Gd2-xScxO3 films by alternating nano-laminates of Gd2O3 and Sc2O3. Pt gated metal-insulator-semiconductor devices show low density of interface defects, capacitance-voltage hysteresis and leakage current. Gd2-xScxO3 also presents better thermal stability than its binary components. An outstanding value of 25 was calculated for the relative effective permittivity, which makes Gd2-xScxO3 a promising choice for the third generation of high k dielectrics. On the other hand, we studied the reliability of ultra low equivalent oxide thickness triple gated MISFET devices. Three-dimensional transistor architectures are currently replacing traditional planar MISFETs, so the assessment of the reliability becomes vital. Time-dependent dielectric breakdown and positive bias temperature instabilities in FinFETs present no major differences with their planar counterparts.
