磁控濺射制備超薄TiN薄膜電極.pdf

1、化學(xué)計(jì)量比接近1∶1的TiN薄膜制備工藝簡單，價(jià)格低廉，具有良好的導(dǎo)電性和較大的功函數(shù)(～4.7eV)，因此成為當(dāng)前微電子工業(yè)中的主流電極材料，廣泛應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）和場效應(yīng)晶體管(FET)等器件當(dāng)中。厚度小于10nm的TiN薄膜與HfO2等高-k電介質(zhì)層接觸時(shí)，會(huì)形成較高的肖特基勢壘（～2.13eV），可保障器件具有較小的本征漏導(dǎo)電流，有利于降低器件的功耗，同時(shí)提高了器件的可靠性。此外，在最近興起的HfO2基新型鐵電薄膜

2、材料研究當(dāng)中人們發(fā)現(xiàn):TiN上電極的機(jī)械夾持作用會(huì)促進(jìn)HfO2在退火晶化時(shí)形成亞穩(wěn)正交相，對(duì)HfO2鐵電性質(zhì)的產(chǎn)生及穩(wěn)定起到了關(guān)鍵作用。
　　本論文工作以HfO2基新型鐵電薄膜材料研究為背景，采用高真空直流磁控濺射設(shè)備在單晶p-Si(100)基片上制備TiN導(dǎo)電薄膜。實(shí)驗(yàn)中，通過橢偏儀、X射線反射率(XRR)技術(shù)對(duì)TiN薄膜的厚度進(jìn)行了測量;使用四探針法測量薄膜的電阻率;薄膜表面形貌以及表面粗糙度的測試采用掃描電子顯微鏡(SEM)

3、和原子力顯微鏡(AFM)來完成;通過X射線光電子能譜(XPS)測試對(duì)薄膜的化學(xué)鍵結(jié)合情況以及各元素的含量進(jìn)行了分析。本論文分別研究了濺射電流、工作總壓、靶基距、基底溫度、氬氮比以及濺射時(shí)間對(duì)TiN薄膜顏色、厚度、電阻率、結(jié)晶取向、微觀形貌的影響規(guī)律，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可重復(fù)制備導(dǎo)電性能優(yōu)秀的超薄TiN薄膜電極的工作目標(biāo)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:制備超薄納米氮化鈦薄膜電極的最理想?yún)?shù)如下，濺射電流為0.4A，工作總壓為0.3P