ZrO-,2--TiO-,2-薄膜的制備及其電學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著下一代CMOS器件的飛速發(fā)展，單塊芯片上器件的集成度越來越高，使得晶體管的特征尺寸越來越小。當(dāng)器件特征尺寸縮小到70 nm時(shí)，SiO2柵介質(zhì)層的厚度相應(yīng)的要求減薄到1.5 nm以下，而這時(shí)電子的直接隧穿將變得非常顯著。因此，SiO2的減薄是有物理極限的。高介電常數(shù)薄膜材料能夠在保持等氧化層厚度（EOT）不變的條件下，通過增加介質(zhì)層的物理厚度，從而大大降低直接隧穿效應(yīng)，提高器件的穩(wěn)定性。利用高介電常數(shù)薄膜材料來取代傳統(tǒng)的SiO2柵介質(zhì)

2、成為下一代MOSFET的必然趨勢，得到國際上廣泛的關(guān)注，成為近年來研究的熱點(diǎn)。在眾多High-K材料中，ZrO2以其相對高的介電常數(shù)（k～25），寬禁帶寬度（～7.8eV），好的熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性，而成為最有希望的替代SiO2的材料之一。但是ZrO2存在晶化溫度較低（<350℃）以及與Si襯底之間易生成界面等問題，這些都限制了其應(yīng)用。
　　 本文采用磁控濺射的方法制備ZrO2-TiO2柵介質(zhì)薄膜。系統(tǒng)地研究了不同結(jié)構(gòu)（多層、

3、兩層、單層）的ZrO2-TiO2柵介質(zhì)薄膜的物理、電學(xué)性能。ZrO2/TiO2多層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜能夠有效地抑制薄膜的晶化，使其結(jié)晶溫度提高。但其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不適宜用在實(shí)際的MOS器件之中。ZrO2/TiO2兩層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜在一定程度上也能抑制薄膜的晶化，且當(dāng)退火溫度達(dá)到400℃時(shí)，可以得到高達(dá)34的介電常數(shù)。在N2中700℃退火后，ZrO2/TiO2兩層復(fù)合薄膜和TiO2/ZrO2兩層復(fù)合薄膜均保持非晶結(jié)構(gòu)。但是在N2中退火后ZrO2/T