【摘要】：在超高真空條件下,利用脈沖激光沉積技術(shù)在襯底為300℃的硅片上面沉積不同厚度的Er_2O_3、La_2O_3、Al_2O_3、LaAlO_3高電介質(zhì)薄膜,制成不同體系的多層薄膜結(jié)構(gòu)。在原位條件下,利用同步輻射光電子能譜研究了在氧氣中,不同退火溫度下,硅與高k氧化物界面層的電子結(jié)構(gòu)。在Er_2O_3/Al_2O_3/Si多層薄膜結(jié)構(gòu)中,Al_2O_3作為勢壘層,XPS研究了Er_2O_3與Si的界面電子層結(jié)構(gòu):無論是在相同勢壘層的厚度,不同退火溫度下,還是在相同退火溫度,不同勢壘層厚度下,Al_2O_3中Al的2p峰在低、高溫退火前后沒有變化;Er 4d峰來自于硅酸鉺中的鉺,并非全是本征氧化鉺薄膜中的鉺。襯底硅的芯能級峰在沉積Al_2O_3時沒有變化,但在沉積Er_2O_3薄膜時和退火過程中,有硅化物生成,而且同一溫度下,隨著Al_2O_3厚度的增加,其硅化物中硅的峰強減弱,含量減少,說明勢壘層起到了很好的阻擋擴散的作用。這就表明Al_2O_3從沉積到退火,不參與任何反應(yīng),與Si界面很穩(wěn)定;但在沉積Er_2O_3或者在退火過程中,它就會與通過勢壘層的間隙式擴散硅反應(yīng),形成硅酸鹽,其與硅的界面不太穩(wěn)定。在La_2O_3/LaAlO_3/Si多層膜結(jié)構(gòu)中,XPS研究了LaAlO_3作為勢壘層的La_2O_3與Si的界面電子結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示,LaAlO_3中Al的2p峰在沉積和退火前后沒有變化;襯底硅的芯能級峰在沉積LaAlO_3時沒有變化,但在沉積La_2O_3薄膜和退火過程中,硅峰變?nèi)?O的1s芯能級的峰由多種不用的氧化物薄膜層和反應(yīng)物中的氧雜化而成。結(jié)果表明:LaAlO_3從沉積到退火當(dāng)中,不參與任何反應(yīng),Si與LaAlO_3界面相當(dāng)穩(wěn)定;在體系中,阻擋層La AlO3起到阻擋硅擴散的作用,進一步表明La_2O_3與硅的界面不太穩(wěn)定。比較兩種結(jié)構(gòu),其熱穩(wěn)定性隨著勢壘層厚度的增加而增加,在等效氧化層厚度不變的情況下,其物理厚度就會沉積的越厚,即減小了漏電流,又提高了器件的穩(wěn)定性。
[Abstract]:Er_2O_3,La_2O_3,Al_2O_3,LaAlO_3 high dielectric thin films with different thickness were deposited on Si substrates at 300 鈩，

本文編號：2271572