鋯基高介電常數(shù)柵介質(zhì)薄膜的制備及物性研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)使用的SiO2柵介質(zhì)層已將達到其應(yīng)用的物理極限，尋找新的柵介質(zhì)材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的SiO2已成為當前研究的熱點。在目前研究的高介電常數(shù)柵介質(zhì)材料中，ZrO2的多種綜合因素優(yōu)于其它的柵介質(zhì)材料，其獨特的材料特性能夠基本滿足柵介質(zhì)應(yīng)用的要求，是國際公認的很有應(yīng)用潛力的柵介質(zhì)材料的首選材料之一。然而必須解決的關(guān)鍵問題是：提高ZrO2/Si的界面熱穩(wěn)定性和提高ZrO2的晶化溫度。本文主要圍繞上

2、述科學問題在制備科學技術(shù)方面進行了系統(tǒng)地研究。以磁控濺射為主要技術(shù)，通過摻雜找出了解決上述關(guān)鍵問題的途徑。主要創(chuàng)新如下：
　　 ⑴氮輔助和氮摻雜技術(shù)能有效地抑制和控制ZrO2/Si界面中Si-O-Si鍵的生成，提高界面穩(wěn)定性。在純ZrO2/Si的界面中可以明顯觀察到Si-O-Si鍵紅外峰的出現(xiàn)，而且隨著退火溫度的升高，該紅外峰增強。而在氮輔助制備的ZrO2/Si和氮摻雜的ZrOxNy/Si的界面中呈現(xiàn)了較弱的紅外峰，隨著退火溫度

3、的增加，該紅外峰強度基本不變，這表明氮輔助和氮摻雜磁控濺射技術(shù)有提高界面穩(wěn)定性的作用。
　　 ⑵界面TiSixOv中間層能有效抑制ZrO2與Si的反應(yīng)，是提高界面穩(wěn)定性的有效途徑。XPS測試結(jié)果表明，ZrO2/TiSixOy/Si體系中沒有硅酸鋯的存在，說明ZrO2在900℃以下不與TiSixOy進行反應(yīng)，保持了界面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
　　 ⑶利用橢圓偏振儀較系統(tǒng)的研究了薄膜的光學特性，利用光吸收系數(shù)定性的表征了ZrOxNy