基于二氧化鉿的高介電常數(shù)薄膜的制備與研究.pdf

1、隨著集成電路的快速發(fā)展，作為微電子學(xué)的一個關(guān)鍵器件——MOSFET，其特征尺寸不斷縮小，但隨之帶來一系列問題。其中最引人關(guān)注的是，當(dāng)?shù)刃а趸锖穸刃∮?.5nm時，作為傳統(tǒng)柵介質(zhì)的SiO2將達(dá)到物理極限，漏電流將呈指數(shù)增加，影響了器件的穩(wěn)定性和可靠性，成為制約集成電路繼續(xù)發(fā)展的瓶頸。為了解決這個問題，需要尋找新的高介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料來替代傳統(tǒng)的SiO2，新的柵介質(zhì)材料要求必須有合適的k值，良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性，大禁帶寬度，并且能夠與傳統(tǒng)

2、CMOS工藝的兼容。HfO2由于優(yōu)越的性能而被認(rèn)為是SiO2柵介質(zhì)材料的最好替代物之一。
　　 本實驗分別采用直流反應(yīng)磁控濺射和激光脈沖沉積制備HfO2、Hf1-xZrxO、Hf1-xAlxO、Hf1-xSixO薄膜，利用X射線衍射儀(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、LCR電橋和半導(dǎo)體參數(shù)測試儀等測試手段對不同工藝條件下制備的薄膜進(jìn)行表征和分析。
　　 本論文的研究結(jié)果如下：
　　 1.經(jīng)不同氧氬比和不同襯底溫

3、度下制備的HfO2薄膜為單斜晶型或斜方晶型，而金屬膜后退火制備的HfO2薄膜為單斜晶型；薄膜的漏電流機(jī)制由F-P發(fā)射和Schottky發(fā)射共同決定；經(jīng)500℃金屬膜后退火制備的HfO2薄膜的漏電流最小，即在-1V偏壓下，漏電流為1.26×10-7A/cm2；在不同氧氬比下制備所得的HfO2薄膜相對介電常數(shù)為20.01～25.56，在不同襯底溫度下制備所得的HfO2薄膜相對介電常數(shù)為21.15～25.47，金屬膜后退火制備的HfO2薄膜相

4、對介電常數(shù)為17.76～23.30。
　　 2.利用磁控濺射法和激光脈沖沉積法分別制備不同摻雜量的Hf1-xZrxO薄膜、Hf1-xAlxO薄膜和Hf1-xSixO薄膜。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，Al摻雜時薄膜的結(jié)晶溫度提高到900℃，Si摻雜制備的薄膜經(jīng)500℃～900℃退火后仍為非晶膜，Zr摻雜對薄膜結(jié)晶溫度沒有影響；薄膜的漏電流發(fā)射機(jī)制為F-P發(fā)射和Schottky發(fā)射共同決定；其中Hf1-xAlxO薄膜的漏電流最小，即800℃退火的薄