Neue Materialien für epitaktische Gate-Isolator-Strukturen auf Silizium

• Antragsteller: Professor Dr. Karl R. Hofmann; Professor Dr. Herbert Pfnür
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5363996

Die fortschreitende Reduktion der minimalen Transistorabmessungen in der CMOSTechnologie erfordert in wenigen Jahren den Ersatz des Gateisolators Siliziumdioxid durch neue Materialien mit wesentlich höheren Dielektrizitätskonstanten (e) und geringeren Leckströmen. Auf Si epitaktisch gewachsene monokristalline Dielektrika sind hierfür u.a. wegen der erwarteten günstigen Grenzflächeneigenschaften besonders interessant. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der Ersetzbarkeit der hoch-e Mischoxide BaO-SrO als Gateisolator in MOS-Bauelementen. In der ersten Projektperiode ist es mit einem speziellen Wachstumsverfahren gelungen, ein Mischoxid perfekt gitterangepasst epitaktisch auf Silizium aufzuwachsen. Die Grenzfläche ist hierbei atomar scharf und frei von störenden SiO2 Zwischenschichten. Die Leitungs- und Valenzband- Barrieren zum Si von 1.0 und 2.2 eV sind für die Verwendung als Gateisolator günstig. Erste Messungen an Test-MOS-Kondensatoren mit amorphen Oxiden ergaben ausreichend hohe effektive e der amorphen Mischoxide und niedrige Leckströme. In der Fortsetzung des Projektes sollen mit einem verbesserten Prozess MOS-Kondensatoren und MOSTransistoren mit dem epitaktischen Mischoxid und zum Vergleich auch mit den amorphen BaO-SrO Mischoxiden hergestellt und elektrisch charakterisiert werden. Als wesentliches Ergebnis sollen die erreichbaren elektrischen Eigenschaften und die technologische Ersetzbarkeit dieser Oxide als Gateisolatoren in MOS-Bauelementen ermittelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen