鉿基高k薄膜的制備及退火對其物性的影響.pdf

1、隨著MOSFETs的尺寸不斷縮小，二氧化硅的厚度也隨之不斷減小，但當(dāng)其物理厚度接近1nm時會有明顯的量子遂穿效應(yīng)。為了避免量子遂穿，需要使用高k材料來取代傳統(tǒng)的SiO2柵介質(zhì)，這樣可以在保持可靠的物理厚度下，依然具有良好的器件性能。高k材料作為柵介質(zhì)SiO2的替代者備受關(guān)注，且鉿基高k材料已經(jīng)被成功利用在半導(dǎo)體工藝中。鉿基高k材料由于其具有較高的介電常數(shù)、較高的結(jié)晶溫度、較好的熱穩(wěn)定性以及合適的禁帶寬度等特性，吸引了越來越多的學(xué)者對其進

2、行研究，從而成為一個熱門的研究領(lǐng)域。
　　 MOSFETs工藝中，退火是必不可少的一道工藝。由于退火后會對薄膜的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而改變其電學(xué)特性。所以本文主要研究了不同退火條件對高k材料的物性影響。利用XRD、XPS、SEM、AFM和Raman等分析測試手段對薄膜進行結(jié)構(gòu)表征；測試薄膜的CV和IV電學(xué)特性，分析了其電容值、平帶電壓和漏電流。首先利用原子層沉積系統(tǒng)(ALD)沉積了超薄的HfO2薄膜，先后分別在不同退火溫度和退火氣氛

3、下進行退火處理，研究HfO2薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性在不同退火條件下的變化；再利用雙離子束沉積系統(tǒng)(DIBSD)制備了HfTaO薄膜，并對其進行退火處理，研究退火對其結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性的影響。
　　 實驗及測試分析：(1)利用ALD沉積HfO2薄膜后在不同退火溫度下退火，研究了退火溫度對HfO2薄膜的結(jié)構(gòu)及電學(xué)特性的影響；(2)在不同退火氣氛下對ALD制備的HfO2薄膜進行退火，在氮氣中退火后的薄膜有少量的氮被摻入到HfO2薄膜中，具有