本文選題：磁控濺射　切入點(diǎn)：高介電常數(shù)材料　出處：《安徽大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：在微電子領(lǐng)域中,集成電路的發(fā)展是一直遵循摩爾定律的發(fā)展而發(fā)展的。隨著MOSFET特征尺寸的不斷縮小,其等效氧化物層的厚度減小到納米數(shù)量級(jí)別,此時(shí)作為傳統(tǒng)的柵介質(zhì)材料二氧化硅已經(jīng)接近物理極限,這時(shí)由于量子效應(yīng)導(dǎo)致MOS的隧穿漏電流急劇增大,從而影響了器件的可靠性和穩(wěn)定性。因此,尋找應(yīng)用于下一代的MOSFET的高介電常數(shù)材料替代傳統(tǒng)的氧化硅成為當(dāng)前微電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。鈦酸鍶,氧化鉭,氧化鋁,氧化鋯和氧化鉿等材料由于其獨(dú)特的物理特性引起了研究者們廣泛關(guān)注。在這些高介電常數(shù)材料中,氧化鉿具有較高的介電常數(shù),較大的禁帶寬度,適中的價(jià)帶和導(dǎo)帶偏移,以及與硅基底的良好熱穩(wěn)定性。因此,氧化鉿可以用來作為取代傳統(tǒng)二氧化硅的一種很好的高介電常數(shù)材料。本文采用射頻磁控濺射法制備了氧化鉿薄膜,系統(tǒng)研究了實(shí)驗(yàn)參數(shù)依賴的氧化鉿薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。借助X-射線衍射技術(shù),我們分析了氧化鉿薄膜結(jié)構(gòu)信息,探索了氧化鉿薄膜的微結(jié)構(gòu)隨實(shí)驗(yàn)參數(shù)變化的演變規(guī)律；借助傅里葉紅外變換光譜儀分析了氧化鉿薄膜與硅基底的界面結(jié)構(gòu)隨外界實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變化函數(shù)；使用原子力顯微鏡和掃描電子顯微鏡表征了薄膜表面形貌的變化；利用紫外可見分光光度計(jì),研究了氧化鉿薄膜光學(xué)常數(shù)的演變函數(shù),有效獲取了薄膜的吸收率和透射率,并根據(jù)吸收系數(shù)算出了氧化鉿薄膜的光學(xué)帶隙；借助于橢圓偏振儀擬合得出了氧化鉿薄膜的厚度,折射率,消光系數(shù)和介電常數(shù),并利用消光系數(shù)轉(zhuǎn)化為吸收系數(shù),最后得出了氧化鉿薄膜的光學(xué)帶隙值。所有的研究為氧化鉿薄膜在未來MOS器件中的應(yīng)用奠定了實(shí)驗(yàn)技術(shù)。本文的研究點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1.采用射頻磁控濺射法制備了氧化鉿薄膜,通過改變不同的磁控濺射功率,有效獲取了薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)隨濺射功率的變化規(guī)律。2.通過改變不同的退火溫度系統(tǒng)研究了氧化鉿薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的變化。3.通過改變不同氧氬分壓獲取了高質(zhì)量的氧化鉿薄膜,系統(tǒng)研究了氧分壓依賴的薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律。
[Abstract]:In the field of microelectronics, the development of integrated circuits has followed the development of Moore's law.With the decreasing of the characteristic size of MOSFET, the thickness of the equivalent oxide layer decreases to the nanoscale level. As a traditional gate dielectric material, silicon dioxide is close to the physical limit.The tunneling leakage current of MOS increases rapidly due to quantum effect, which affects the reliability and stability of the device.Strontium titanate, tantalum oxide, alumina, zirconia and hafnium oxide have attracted much attention due to their unique physical properties.Among these high dielectric constant materials, hafnium oxide has high dielectric constant, large band gap, moderate valence band and conduction band migration, and good thermal stability with silicon substrate.Hafnium oxide thin films were prepared by RF magnetron sputtering. The structure and optical properties of the experimental parameter-dependent hafnium oxide thin films were systematically studied.The structure information of hafnium oxide thin film is analyzed by means of X-ray diffraction technique, and the evolution law of the microstructure of hafnium oxide film with experimental parameters is explored.The evolution function of the optical constants of hafnium oxide thin films was studied by using UV-Vis spectrophotometer. The absorptivity and transmittance of the films were obtained effectively, and the optical band gap of hafnium oxide thin films was calculated according to the absorption coefficient.The thickness, refractive index, extinction coefficient and dielectric constant of hafnium oxide thin film were obtained by using ellipsometer, and the extinction coefficient was converted into absorption coefficient. Finally, the optical band gap value of hafnium oxide thin film was obtained.All the studies have laid a solid foundation for the application of hafnium oxide thin films in MOS devices in the future.The hafnium oxide thin films were prepared by RF magnetron sputtering. By changing the different magnetron sputtering power, the structure and optical properties of the films varied with the sputtering power.The structure and optical properties of hafnium oxide thin films were studied by changing the annealing temperature.High quality hafnium oxide thin films were obtained by changing the partial pressure of argon oxide. The changes of the structure and optical properties of the films with oxygen partial pressure dependence were systematically studied.
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ134.13;TB383.2

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