作為具有代表性的高介電常數(shù)材料,氧化鉿已被廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)。最近采用特殊工藝制備的摻雜氧化鉿薄膜被發(fā)現(xiàn)具有顯著的鐵電性質(zhì),這一新型鐵電材料與硅基CMOS集成電路工藝良好的兼容性,使其對于集成鐵電學(xué)的發(fā)展具有重要意義,氧化鉿基鐵電薄膜的研究將帶來鐵電存儲器研究的新突破。研究顯示,氧化鉿基薄膜的介電性能主要取決于相結(jié)構(gòu)。為了調(diào)控薄膜的電學(xué)性能,需要研究氧化鉿的相變機(jī)制。目前人們只單純依賴實(shí)驗(yàn)尋找相變所需的摻雜濃度、薄膜厚度以及沉積溫度等工藝參數(shù),這無疑會延長研發(fā)周期和提高研發(fā)成本。此外,現(xiàn)階段高質(zhì)量氧化鉿基鐵電薄膜的制備方法多為原子層沉積法（ALD）,成本高且不易獲得大面積的薄膜。因此,研究濺射法制備高質(zhì)量超薄氧化鉿基薄膜并系統(tǒng)地研究薄膜的相變機(jī)制是非常必要的。本文利用中頻孿生靶反應(yīng)磁控濺射法制備不同成分的氧化鉿基薄膜,系統(tǒng)地研究反應(yīng)氣體比例、沉積氣壓、襯底溫度、摻雜濃度等工藝參數(shù)對薄膜的成分、結(jié)構(gòu)、表面形貌和介電及鐵電性能的影響,對薄膜的相變機(jī)制進(jìn)行了初步分析。此外,本文還利用沉積金屬鉿緩沖層的方法,抑制氧化物薄膜與硅襯底之間的界面氧化層厚度,以達(dá)到優(yōu)化疊層薄膜器件的電學(xué)性能的目的。... 

【文章頁數(shù)】：124 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1. 緒論
    1.1 引言
    1.2 氧化鉿的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
        1.2.1 氧化鉿的晶體結(jié)構(gòu)
        1.2.2 氧化鉿的性質(zhì)
    1.3 氧化鉿基high-k薄膜的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
        1.3.1 集成電路中金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)
        1.3.2 動態(tài)隨機(jī)存儲器的電容介質(zhì)
        1.3.3 薄膜晶體管的柵介質(zhì)
        1.3.4 HfO_2基high-k薄膜相變研究及發(fā)展現(xiàn)狀
    1.4 新型氧化鉿基鐵電薄膜的發(fā)現(xiàn)及研究現(xiàn)狀
        1.4.1 HfO_2基薄膜鐵電性能的發(fā)現(xiàn)
        1.4.2 HfO_2基新型鐵電薄膜的應(yīng)用價值
        1.4.3 HfO_2基鐵電薄膜的相變機(jī)制及研究現(xiàn)狀
    1.5 HfO_2薄膜的制備方法
    1.6 論文的研究意義及內(nèi)容
        1.6.1 研究意義
        1.6.2 研究內(nèi)容
2. 樣品的制備及表征
    2.1 實(shí)驗(yàn)原理及相關(guān)物理基礎(chǔ)
    2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工藝條件
    2.3 樣品的物理性能表征方法
        2.3.1 厚度分析——臺階儀/X射線反射(XRR)
        2.3.2 元素及化學(xué)結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析——X射線光電子能譜(XPS)/傅里葉紅外光譜法(FTIR)
        2.3.3 表面形貌分析——原子力顯微鏡(AFM)/掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.4 微觀結(jié)構(gòu)和組織分析——透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.5 晶體結(jié)構(gòu)分析——X射線衍射(XRD)
    2.4 樣品的電性能表征
        2.4.1 MIS電容結(jié)構(gòu)的制備
        2.4.2 漏電流機(jī)制
        2.4.3 薄膜P-V測試
3. HfO_2基薄膜的結(jié)構(gòu)與介電性能研究
    3.1 引言
    3.2 氧氬比對HfO_2薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)及介電性能的影響
    3.3 沉積氣壓對HfO_2薄膜的結(jié)構(gòu)及介電性能的影響
    3.4 襯底溫度對HfO_2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)及介電性能的影響
    3.5 本章小結(jié)
4. Y摻雜HfO_2薄膜的結(jié)構(gòu)及介電性能研究
    4.1 引言
    4.2 Y摻雜濃度對HfO_2薄膜的結(jié)構(gòu)及介電性能的影響
        4.2.1 Y摻雜濃度對HfO_2薄膜的成分及化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
        4.2.2 Y摻雜濃度對HfO_2薄膜結(jié)構(gòu)的影響及熱力學(xué)分析
        4.2.3 Y摻雜濃度對HfO_2薄膜的介電性能的影響
    4.3 襯底溫度對Y摻雜HfO_2薄膜的結(jié)構(gòu)和介電性能的影響
    4.4 本章小結(jié)
5. Y摻雜HfO_2基鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)和性能研究
    5.1 引言
    5.2 金屬Hf緩沖層對Y摻雜HfO_2基薄膜鐵電性能的影響及理論分析
    5.3 襯底溫度對Y摻雜HfO_2基薄膜的結(jié)構(gòu)和鐵電性能的影響
    5.4 本章小結(jié)
6. 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果
致謝
作者簡介



本文編號：3671630