納米線器件研究及互連材料理論研究.pdf

1、隨著集成電路的發(fā)展，傳統(tǒng)的器件尺寸將接近其物理極限，越來越多的人開始研究利用一維納米材料替代傳統(tǒng)硅材料來制作器件。隨著互連程度越來越復(fù)雜，low-k材料和銅互連技術(shù)也已成為替代傳統(tǒng)鋁互連的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對這兩點分別研究了基于納米線的MOSFET的制備工藝、材料及電學特性，并通過量子化學計算系統(tǒng)研究了low-k互連介質(zhì)的吸水問題及在low-k材料上原子層淀積超薄擴散阻擋層的反應(yīng)機理。 一．論文首先用原子層淀積(ALD)方法在Zn

2、O納米線上淀積了超薄Al<,2>O<,3>薄膜，并探究了其材料特性。通過SEM及EDS表征了淀積薄膜前后的表面形貌和成份，用XPS進一步表征了其組分。研究發(fā)現(xiàn)： 1)原子層淀積的超薄Al<,2>)<,3>薄膜能夠均勻覆蓋ZnO納米線表面，薄膜具有很高的保型性； 2)由于ZnO納米線表面有過剩的Zn原子，在淀積Al<,2>O<,3>薄膜時，水分子優(yōu)先與Zn原子結(jié)合，造成Al<,2>O<,3>薄膜處于缺氧狀態(tài)； 3)

3、熱退火處理會進一步促進薄膜中的O原子與Zn結(jié)合，使Al<,2>O<,3>薄膜處于更高的缺氧狀態(tài)。 二、本文用隨機散落法和聚焦離子束結(jié)合的方式，制作了Se納米線MOSFET，并進行了電學測量。 1)通過研究發(fā)現(xiàn)Se納米線在光照下電導(dǎo)率明顯增強，具有較好的光開關(guān)特性； 2)我們制得的器件具有場效應(yīng)，即漏電流隨柵電壓有明顯變化，但是所得器件均未能出現(xiàn)截止； 3)Se納米線MOSFET器件之間電流差別很大，我們認

4、為這是由于Se納米線之間的差別造成。 三、基于量子化學計算，本文利用Guassian 03軟件研究了摻碳氧化硅(SiOC)的吸水反應(yīng)。 1)針對材料中的Si-CH<,3>和Si-CH<,2>-Si這兩種可能與水發(fā)生水解反應(yīng)的反應(yīng)基團，研究得出Si-CH<,3>基團比Si-CH<,2>-Si更容易受水分子的作用而脫離，從而使材料性能退化； 2) 吸水反應(yīng)的反應(yīng)勢壘并沒有隨-CH<,3>，基的增加而發(fā)生變化，因此得出

5、H<,2>O對SiOC薄膜的作用并不會因薄膜中C含量的變化而改變； 3) 對于多孔SiOC薄膜，有多個水分子吸附于表面的情況下，H<,2>O對薄膜的破壞作用會加強，這是因為當水分子以二聚物形式存在時，由于氫鍵的作用，吸水反應(yīng)勢壘明顯降低。 四、最后通過量子化學計算，對在SiOC低k互連介質(zhì)上原子層淀積(ALD)超薄Tan阻擋層進行了理論研究。 1) 反應(yīng)前體TaCl<,5>容易于吸附在-OH表面，但很難吸附于-C