基于mim結構介電薄膜電學特性表征方法研究

1、密 級碩 士 學 位 論 文（全日制專業(yè)學位碩士） （全日制專業(yè)學位碩士）題目 基于 MIM 結構介電薄膜電學特性表征方法研究 .（英文） （英文）Study on Characterization Methods of Electric Properties of .Dielectric Thin Films Based on MIM Structures .研 究 生 學 號: 1401302044 .研 究 生 姓 名: 秦 臻

2、.指導教師姓名、職稱 指導教師姓名、職稱: 楊道國教授 .申 請 學 位 類 別: 工程碩士 .領 域: 機械工程 .論 文 答 辯 日 期: 2017 年 6 月 .摘 要I摘 要隨著集成電路微型化，薄膜化與高頻化的發(fā)展，介電薄膜得到廣泛應用。但至今為止，對于高頻下薄膜介電特性的精確提取，國內外還未有一個統(tǒng)一、完善的標準與技術。因此，介電薄膜電學特性的表征技術研究具有重要意義與較好的應用前景。高頻內采用金屬-絕緣-金屬（簡稱 MIM）

3、結構表征薄膜介電特性（介電常數(shù) r ? 、損耗角正切值 tan? ）時，表征結果不可避免地會受到寄生效應的消極影響；而薄膜介電特性準確的提取主要依賴于寄生效應的剝離。為此本文以 SiO2 薄膜作為研究對象，針對基于 MIM 結構的薄膜介電特性表征方法的精確性問題展開了一系列研究：1．深入研究了薄膜介電特性的差動法表征技術。借助射頻仿真軟件（ADS）設計了一系列內徑不同的 MIM 模型；并對比分析了單個結構直接表征薄膜介電特性結果，從而引

4、出差動法表征技術的研究。文中主要探究了該方法中不同內徑的 MIM 組合，以及 MIM 結構中底部電極厚度和材料對表征結果的影響。研究結果表明：1）不同內徑的 MIM 組合得到的表征結果存在差異，其中組合 DM65-55 得到的 r ? 均值為3.85，其表征精度高達 98.7%；且 tan? 值也在可接受范圍內；2）底部電極厚度的改變對 r ? 的影響較小，而 tan? 隨底部電極厚度的增加而減??；3）底部電極材料的改變對 tan? 的

5、影響較大，其值隨材料導電性增加而減小。2．探究了差動法的一個補充技術——Rs 剝離技術，用于剝離差動法中沒作考慮的額外電阻。結果表明：經(jīng)過該技術修正后的 tan? 不再表現(xiàn)出較強的頻率依賴性，其值與參考值更接近。3．對 R-L 等效電路法與 R-Cp 等效電路法進行了探究，此類方法只需采用單個MIM 結構便可對介電薄膜表征過程中的寄生效應進行剝離。 其中， R-L 等效電路法對寄生電阻 R 與寄生電感 L 進行了提?。欢?R-Cp 等效

6、電路法對寄生電阻 R 與寄生電容Cp 進行提取；二者得到的寄生電阻值相近。4．將差動法的表征結果， Rs 剝離技術修正的 tan? ， 以及 R-L 等效電路法與 R-Cp等效電路法的表征結果進行了對比與分析。分析結果表明：寄生電容值 Cp 對 r ? 的影響比寄生電感 L 對 r ? 的影響大；因此，相比 R-L 等效電路法，R-Cp 等效電路法提取的 r ? 均值更為理想，且與差動法得到結果相近；就 tan? 計算而言，R-L 等效