二氧化鉿基納米薄膜的反應(yīng)磁控濺射制備工藝研究以及電容器集成.pdf

1、集成電路的飛速發(fā)展促使半導(dǎo)體材料和工藝不斷更新?lián)Q代，對于MOS器件柵極介質(zhì)材料也提出了更高的要求，此時(shí)傳統(tǒng)的SiO2柵極氧化層已逐漸不能適應(yīng)工藝需求，高-k氧化物材料成為了這一領(lǐng)域的熱門研究方向。HfO2這一具有優(yōu)良特性且與硅基集成電路有良好兼容性的薄膜材料，目前已經(jīng)成為了最具有發(fā)展前景的新型柵介質(zhì)。在最近的研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過特殊工藝處理的HfO2基薄膜中同樣具備鐵電性，且與傳統(tǒng)鐵電材料相比，HfO2基鐵電薄膜已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與硅基半導(dǎo)體良好的

2、集成度，這一重要發(fā)現(xiàn)將有望突破制約非易失性鐵電存儲器發(fā)展的材料瓶頸。
　　本文創(chuàng)新的采用了純鉿金屬靶的反應(yīng)磁控濺射法來制備HfO2基薄膜，通過臺階儀、傅里葉紅外光譜、掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段確定了工藝參數(shù)對純HfO2薄膜厚度、成分、表面形貌的影響，為元素的摻雜奠定了基礎(chǔ)。之后使用射頻電源連接純釔金屬靶來實(shí)現(xiàn)Y摻雜HfO2薄膜的制備，并通過X射線反射(XRR)、X射線光電子能譜(XPS)、小角掠入射X射線衍射(GIXRD)

3、來對薄膜的厚度、成分以及晶體結(jié)構(gòu)做出了表征。
　　為了完成電容器的集成，本文探索了頂電極的制備，首先根據(jù)電學(xué)測量的方法設(shè)計(jì)了掩膜板，并對Au、Pt以及TiN三種常用的電極材料的生長速率與電阻率做出了表征與比較，最后對集成完畢的薄膜電容器的進(jìn)行了電學(xué)性能的測量。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由射頻反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)成功在Si襯底上制備出高質(zhì)量均勻的Y摻雜HfO2薄膜，并得出了薄膜在室溫下的生長速率約為0.6nm/min，通過對XPS譜圖準(zhǔn)