超薄顶层硅SOI衬底上高k栅介质ZrO_2的性能

采用超高真空电子束蒸发法制备了用于全耗尽SOI场效应晶体管(MOSFET)中作为高k栅介质的ZrO2 薄膜.X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示:ZrO2 薄膜成分均一,为完全氧化的ZrO2 ,其中Zr∶O =1∶2 2 ,锆氧原子比偏高可能是由于吸附了空气中O2 等杂质.扩展电阻法(SRP)和剖面透射电镜(XTEM)都表征出6 0 0℃退火样品清晰的ZrO2 /topSi/BO/Sisub的结构,其中ZrO2 /topSi界面陡直,没有界面产物生成.选区电子衍射显示薄膜在6 0 0℃快速退火后仍基本呈非晶态.研究了上述MOSOS结构的高频C V性能,得到ZrO2 薄膜的等效氧化物厚度EOT =9 3nm ,相对介电常数ε≈2 1,     

a-SiO_x∶H/a-SiO_y∶H多层薄膜微结构的退火行为

采用 PECVD技术在 P型硅衬底上制备了 a- Si Ox∶ H/a- Si Oy∶ H多层薄膜 ,利用 AES和 TEM技术研究了这种薄膜微结构的退火行为 .结果表明 :a- Si Ox∶ H/a- Si Oy∶ H多层薄膜经退火处理形成 nc- Si/Si O2 多层量子点复合膜 ,膜层具有清晰完整的结构界面 .纳米硅嵌埋颗粒呈多晶结构 ,颗粒大小随退火温度升高而增大 .在一定的实验条件下 ,样品在 650℃下退火可形成尺寸大小合适的纳米硅颗粒 .初步分析了这种多层复合膜形成的机理     

Cu/Zr-Si-N/Si金属化系统制备及退火气氛对其热稳定性的影响

采用磁控溅射法在n型〈111〉晶向的Si衬底上形成了Zr-Si-N薄膜及Cu/Zr-Si-N/Si金属化系统.将Cu/Zr-Si-N/Si金属化系统样品分别在真空及H2/N2(体积比为1∶9)气氛中800℃退火1h.对Zr-Si-N薄膜和退火后的金属化系统样品进行X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、薄层电阻率及俄歇电子能谱测试与分析.结果表明,Zr-Si-N阻挡层是以ZrN晶体与非晶相Si3N4或其他Si-N化合物的复合结构形式存在.经过两种气氛退火后的样品均没有发生阻挡层失效,但与真空退火相比,H2/N2退火气氛由于不存在残余O2的作用而表现出较低的Cu膜薄层电阻率及较好的Cu/Zr-Si-N/Si界面状态.     

Cu/Zr-Si-N/Si金属化系统制备及退火气氛对其热稳定性的影响

采用磁控溅射法在n型〈111〉晶向的Si衬底上形成了Zr-Si-N薄膜及Cu/Zr-Si-N/Si金属化系统.将Cu/Zr-Si-N/Si金属化系统样品分别在真空及H2/N2(体积比为1∶9)气氛中800℃退火1h.对Zr-Si-N 薄膜和退火后的金属化系统样品进行X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、薄层电阻率及俄歇电子能谱测试与分析.结果表明,Zr-Si-N阻挡层是以ZrN晶体与非晶相Si3N4或其他Si-N化合物的复合结构形式存在.经过两种气氛退火后的样品均没有发生阻挡层失效,但与真空退火相比,H2/N2退火气氛由于不存在残余O2的作用而表现出较低的Cu膜薄层电阻率及较好的Cu/Zr-Si-N/Si界面状态.     

退火温度对ZnO/PZT薄膜结构及电阻率的影响

采用射频反应磁控溅射法在Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)/Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了ZnO薄膜,利用X线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、霍尔效应测试系统等对不同退火温度下制备薄膜的结构、形貌及电阻率等进行了分析表征。结果表明,退火温度600℃的ZnO薄膜(002)择优取向较好,晶粒大小均匀,表面平整致密。随着退火温度的增大,电阻率先下降后升高,600℃时ZnO薄膜电阻率达最小。     

Ta2O5高k介电薄膜的制备及其电学性质的研究

用射频磁控溅射法制备了Ta2O5高介电薄膜,并对其进行了退火处理。用C-V,(G/ω)-V和I-V方法研究了Al/Ta2O5/p-Si结构的电学特性,观测到了C-V和(G/ω)-V的频散效应。认为串联电阻、Si/Ta2O5界面的界面态密度、边缘俘获是频散效应的主要原因,提取了界面态密度和边缘俘获电荷的大小。同时也研究了不同的退火温度对这些参数以及漏电流的影响,经600℃退火后,样品的电容最大,俘获电荷密度和漏电流最小,器件的电学性能最佳。     

原位XPS分析Al2O3作为势垒层的Er2O3/Si结构

在超高真空条件下,通过脉冲激光沉积(PLD)技术制作了Er2O3/Al2O3/Si多层薄膜结构,原位条件下利用X射线光电子能谱(XPS)研究了Al2O3作为势垒层的Er2O3与Si界面的电子结构.XPS结果表明,Al2O3中Al的2p芯能级峰在低、高温退火前后没有变化;Er的4d芯能级峰来自于硅酸铒中的铒,并非全是本征氧化铒薄膜中的铒;衬底硅的芯能级峰在沉积Al2O 3时没有变化,说明Al2O3薄膜从沉积到退火不参与任何反应,与Si界面很稳定;在沉积Er2O3薄膜和退火过程中,有硅化物生成,表明Er2O3与Si的界面不太稳定,但随着Al2O3薄膜厚度的增加,其硅化物中硅的峰强减弱,含量减少,说明势垒层很好地起到了阻挡扩散的作用.     

退火温度对NiZn铁氧体薄膜性能的影响

用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Si(100)基片上沉积了NiZn铁氧体薄膜,研究了退火温度对薄膜结构和磁性能的影响.XRD研究表明,薄膜具有立方尖晶石结构,但当退火温度为900 ℃时,有SiO2相出现,发生了明显的Si扩散.原子力显微镜(AFM)究表明,退火温度升高,薄膜晶粒尺寸逐渐变大,粗糙度相应增加.随着退火温度的升高,薄膜的饱和磁化强度(Ms)呈先增加后降低的趋势,而矫顽力(Hc)与Ms变化相反.当退火温度为700 ℃时,薄膜具有最优磁性能,Ms=360×103 A/m,Hc=6 764 A/m.     

应用于微电子的硅基氧化锆薄膜性质研究

用磁控溅射方法在Si(100)衬底上沉积了氧化锆薄膜.研究和比较了退火前和退火后的薄膜晶体结构、表面形貌以及Al/ZrO2/Si电容的金属-绝缘体-半导体性质.700℃氮气退火后的薄膜具有高的介电常数1 8,且在2V时漏电流小于1×10-7A/cm2,显示了良好的电学性质.氧化锆将是一种在未来的微电子器件中大有应用前景的新材料.     

SiO_x∶Er薄膜材料光致发光特性的研究

采用射频磁控反应溅射技术,以Er2O3和Si为靶材,制备了SiOx∶Er薄膜材料,在不同温度和不同时间下进行退火处理,室温下测量了样品的光致发光(PL)谱,观察到Er3+在1 530,1 542和1 555 nm处波长的发光,发现退火能明显增强Er3+的发光。研究了退火温度和时间对SiOx∶Er薄膜光致发光的影响,发现Er2O3与Si面积比为1∶1时,1 100℃下20 min退火为样品的最佳退火条件。采用XRD和材料光吸收测试对样品结构和光学性质进行了研究,得到样品中Si晶粒大小为1.6 nm,样品的光学带隙为1.56 eV。对3种不同Er2O3与Si面积比的SiOx∶Er薄膜材料进行研究,得到Er2O3与Si面积比为1∶3为样品的最佳配比,对薄膜材料发光现象进行了探讨。