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当前位置:教育论文中心首页--综合性论文--退火温度对高介电HfO2薄膜的微结构和形貌的影响
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退火温度对高介电HfO2薄膜的微结构和形貌的影响

【综合性论文】摘 要:采用等离子氧化金属薄膜法制备了HfO2栅介质薄膜,并研究了HfO2栅介质薄膜的微结构和表面形态随退火温度的变化而发生的变化规律。研究表明:随着退火温度的升高,HfO2薄膜的晶体结构发生了变化,从沉积时的非晶态过渡到晶态,从四方转变到四方和单斜相共存,最后又过渡到单斜相。扫描电镜分析表明随着退火温度的升高,HfO2薄膜的内部结构趋向致密与平整。
关键词:HfO2薄膜; 等离子氧化; 微结构; 形貌
1 引言
随着微电子技术的飞速发展,MOSFET 特征尺寸按摩尔定律不断缩小,作为栅介质层SiO2 的厚度迅速接近它的物理极限,以此为背景应用于下一代MOSFET 的高介电栅介质材料成为当今微电子材料的研究热点。HfO2是目前最有希望在下一代CMOS工艺中代替SiO2的栅材料。HfO2不仅具有适中的介电常数值(~25),可以在不过度提高栅氧化物堆栈高度的情况下获得所需的等效Si02厚度(EOT) ;而且具有相当高的禁带宽度,对Si的导带偏移△Ec大于1 eV,在与栅电极和Si衬底接触时能保持较大的接触势垒, 该特性是大部分高k材料不具备的。高的势垒可有效地阻止电子(或空穴)的Schottky穿过,即降低了超薄膜的隧穿电流。HfO2在能带结构上很好地满足了高k材料的选择标准。
2 实验
实验所用的衬底为单面抛光的P 型单晶Si(100),阻值4~12Ωcm, 在硅衬底上沉积HfO2 之前,我们对衬底进行了标准的清洗和高压电离清洗。磁控溅射系统的本底真空小于2×10-4Pa, 溅射的铪靶纯度为99.99%,溅射的气体为高纯度的Ar(99.999%),直流溅射的功率为40W,溅射气压达3.5Pa,溅射时间5min, 所获取的金属铪膜转移到等离子体增强化学气相沉积腔室中,经换位等离子体氧化直接得到Hf2薄膜;等离子体氧化时所设实验参数为,通入的Ar:O2=6:1,工作气压19Pa, 工作功率200W,衬底盘温度设置为400oC,氧化时间30min。沉积态的HfO2 薄膜经500-900oC的O2 或N2的
 
 
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