VLSI用柵介質(zhì)Ta-,2-O-,5-薄膜制備與特性研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展，晶體管尺寸越來越小，傳統(tǒng)的柵介質(zhì)SiO2不能滿足下一代器件柵介質(zhì)的需求，研發(fā)高k介質(zhì)代替SiO2柵介質(zhì)受到了極大的關(guān)注。Ta2O5薄膜具有較高的介電常數(shù)，低的漏電流密度，高的擊穿強(qiáng)度，和傳統(tǒng)工藝兼容性好等優(yōu)良特性。 本文利用直流磁控反應(yīng)濺射制備了Ta2O5薄膜，優(yōu)化了工藝條件，并進(jìn)行了快速熱退火實(shí)驗(yàn)。利用原子力顯微鏡、X射線衍射儀、紫外-可見光光度計(jì)、耐壓測試儀等儀器分析了Ta2O5薄膜表

2、面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、折射率、消光系數(shù)、光學(xué)帶隙、擊穿強(qiáng)度和介電常數(shù)等物理電子學(xué)特性，系統(tǒng)地研究了制備參數(shù)和退火溫度對Ta2O5薄膜性能的影響。 研究發(fā)現(xiàn)直流磁控反應(yīng)濺射起輝電壓和濺射氣壓的關(guān)系符合帕邢定律，薄膜的沉積速率隨著氧流量比的升高呈指數(shù)遞減，隨著濺射氣壓的增長先增大后減小，在0.3Pa時(shí)達(dá)到最大。直流磁控反應(yīng)濺射得到的Ta2O5薄膜表面致密平整，無明顯缺陷。沉積態(tài)薄膜粗糙度均方根在0.488～3.350 nm之間，表面粗糙

3、度與沉積速率密切相關(guān)。在退火溫度低于結(jié)晶溫度時(shí)，退火能改善薄膜表面形貌，減小表面粗糙度。沉積態(tài)Ta2O5薄膜均為非晶態(tài)，Ta2O5薄膜的結(jié)晶溫度在700～800℃。經(jīng)過800℃退火，Ta2O5薄膜變成六角相結(jié)構(gòu)(δ-Ta2O5)晶體，在退火溫度為900～100℃時(shí)，薄膜由δ-Ta2O5結(jié)構(gòu)開始轉(zhuǎn)化為低溫正交相結(jié)構(gòu)(L-Ta2O5)。 Ta2O5薄膜在可見光范圍內(nèi)透射率高(78％～80％)，折射率在2.01～2.20之間，消光系數(shù)