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1、微電子工業(yè)迅速發(fā)展,半導(dǎo)體器件的特征尺寸按摩爾定律不斷縮小。SiO2作為MOSFET的柵介質(zhì)材料已不能滿足技術(shù)發(fā)展的要求。因此,需要尋找新型高K介質(zhì)材料,能夠在保持和增大柵極電容的同時(shí),使介質(zhì)層仍保持足夠的物理厚度來(lái)限制隧穿效應(yīng)的影響。氧化鉺(Er2O3)由于其比較高的介電常數(shù),較大的禁帶寬度和良好的熱穩(wěn)定性,成為下一代MOS柵介質(zhì)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。因此,本文選擇氧化鉺作為COMS柵介質(zhì)材料,旨在制備和研究具有良好結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的高K柵介
2、質(zhì)材料。論文主要研究的內(nèi)容有: 1研究Er2O3的制備技術(shù)和最佳工藝條件。采用射頻反應(yīng)磁控濺射法,以高純Er(99.99%)為靶材,以氬氣為濺射氣體,氧氣為反應(yīng)氣體,制備氧化鉺薄膜。 2.采用電子能譜,掃描電鏡(SEM)和XRD分析薄膜的成分,組織形貌和晶體結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)研究分析工作氣體中Ar與O2的流量和退火溫度對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)和組織形貌的影響。結(jié)果表明:在室溫下沉積的Er2O3薄膜是非晶態(tài),600℃以上退火后,薄膜由非晶轉(zhuǎn)
3、變?yōu)槎嗑В捎^察到較強(qiáng)的Er2O3的(222)、(400)和(440)特征峰,薄膜都表現(xiàn)出(222)方向的擇優(yōu)生長(zhǎng),同時(shí)氬氧比的增加有利于提高氧化鉺薄膜的生長(zhǎng)速率。 3.采用吸收光譜和橢圓偏振光譜,研究分析了氧化鉺薄膜的光學(xué)性能。結(jié)果表明:Er2O3薄膜的折射率n隨波長(zhǎng)的增加急劇下降;在350-700nm的可見(jiàn)光波段,折射率隨波長(zhǎng)的增加緩慢減小,而在700-1000nm的紅外波段,折射率基本保持常數(shù)。總體來(lái)看隨著反應(yīng)氣體中Ar氣
4、比例的增加,折射率增大。在波長(zhǎng)550nm處對(duì)應(yīng)的折射率最大值為1.81。Er2O3薄膜的消光系數(shù)k在250-350nm的紫外波段,k隨波長(zhǎng)的增加急劇減小;在350~1000nm的可見(jiàn)及紅外波段內(nèi)接近于0,表明在此波段Er2O3薄膜的透光性很好。同時(shí)透射光譜表明:Er2O3薄膜在300~800nm范圍內(nèi)的透射率大于90%,禁帶寬度Eg大于5.5eV。 4.研究分析了氧化鉺薄膜的電學(xué)性能。在不同工藝條件下,制備了Er/Er2O3/E
5、r(MIM)和Er/Er2O3/Si(MOS)結(jié)構(gòu),通過(guò)測(cè)試I-V特性曲線,C-V特性曲線,C-f特性曲線,分析了氬氧比和退火溫度對(duì)氧化鉺薄膜的介電常數(shù)、漏電流密度、擊穿場(chǎng)強(qiáng)等電學(xué)性能與制備工藝條件的關(guān)系。結(jié)果表明:Ar:O2對(duì)介電常數(shù)有一定的影響,隨著Ar:O2比的增加介電常數(shù)增加,未退火的樣品,氬氧比為4:1,5:1,6:1,7:1的樣品的介電常數(shù)分別為7.1,7.7,9.3,10.5。退火熱處理使Er2O3薄膜的介電常數(shù)和擊穿場(chǎng)強(qiáng)
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