基于光谱干涉椭偏法的薄膜厚度测量

薄膜厚度的测量在芯片制造和集成电路等领域中发挥着重要作用。椭偏法具备高测量精度的优点,利用宽谱测量方式可得到全光谱的椭偏参数,实现纳米级薄膜的厚度测量。为解决半导体领域常见的透明硅基底上薄膜厚度测量的问题并消除硅层的叠加信号,本文通过偏振分离式光谱干涉椭偏系统,搭建马赫曾德实验光路,实现了近红外波段硅基底上膜厚的测量,以100 nm厚度的二氧化硅薄膜为样品,实现了纳米级的测量精度。本文所提出的测量方法适用于透明或非透明基底的薄膜厚度测量,避免了检测过程的矫正步骤或光源更换,可应用于化学气相沉积、分子束外延等薄膜制备工艺和技术的成品的高精度检测。     

多层模型计算椭偏法测量的SiO2/Si超薄膜厚度

采用不同的光学模型对厚度为6 nm,密度为2.2 g/cm3的理想SiO2薄膜理论曲线进行了拟合,得到了薄膜厚度的计算结果随所采取的薄膜密度变化的规律:选用更大的薄膜密度值进行拟合计算会得到更小的厚度结果,其趋势近似线性.参考GIXRR方法测量得到的薄膜物理结构的结果,给出了优化的拟合计算模型(薄膜密度为2.4 g/cm3、表面粗糙度为0.4 nm、界面粗糙度为0.3 nm),对于热氧化法制备的厚度小于10 nm的SiO2超薄膜,使用此模型进行拟合计算,可以得到比常规模型更为准确的厚度结果.采用优化的模型拟合了期望厚度为2,4,6,8,10 nm的SiO2超薄膜的SE实验曲线,得到的厚度结果分别为2.61,4.07,6.02,7.41,9.43 nm,与传统模型计算结果相比,分别降低了13.8%,10.3%,8.1%,7.3%和6.6%.     

多层模型计算椭偏法测量的SiO2／Si超薄膜厚度

采用不同的光学模型对厚度为6nm,密度为2．2g/cm2。的理想Si02薄膜理论曲线进行了拟合,得到了薄膜厚度的计算结果随所采取的薄膜密度变化的规律：选用更大的薄膜密度值进行拟合计算会得到更小的厚度结果,其趋势近似线性．参考GIXRR方法测量得到的薄膜物理结构的结果,给出了优化的拟合计算模型（薄膜密度为2．4g／cm3、表面粗糙度为0．4nin、界面粗糙度为0．3nin）,对于热氧化法制备的厚度小于10nrn的SiO2超薄膜,使用此模型进行拟合计算,可以得到比常规模型更为准确的厚度结果．采用优化的模型拟合了期望厚度为2,4,6,8,10nrn的si02超薄膜的SE实验曲线,得到的厚度结果分别为2．61,4．07,6．02,7．41,9．43nm,与传统模型计算结果相比,分别降低了13．8％,10．3％,8．1％,7．3％和6．6％．     

掠入射 X射线反射法测量纳米尺度氮化硅薄膜厚度

掠入射X射线反射法是一种薄膜厚度的无损测量方法。采用掠入射X射线反射法测量纳米尺度氮化硅薄膜厚度,拟合模型的建立和测量条件的选择是测量结果准确性的重要影响因素。研究建立了合理的拟合模型,并研究了不同功率、不同步进及每步不同停留时间对测量结果的影响。结果表明,电压40kV、电流40mA、步进0.004°、每步停留时间2s为最佳的测量条件。     

相调制光谱椭偏仪校准研究

对相调制光谱椭偏仪进行了用户级别的校准,结合椭偏理论简要讨论了校准的原理,测试结果表明椭偏角准确度达到0.01°.探讨了人为造成的准直调节不一致性以及样品膜层的不均匀性对样品测量结果的影响.对热氧化硅样片测量结果进行了统计分析,该工作是进一步研究椭偏仪误差和校准方法以及阿伏加德罗常数项目硅球表面层研究的基础.     

光刻胶光学性质的光谱椭偏测量方法研究

利用相调制型光谱椭偏仪研究了光刻胶光学常数的测量方法,针对测量过程中光刻胶曝光控制优化了测量方案和仪器参数。对常见的S9912正型光刻胶,给出了曝光前后275～650 nm波段的光学常数。并采用动态椭偏法测量了所需波长下曝光前的光学常数。实验结果表明:该测量方法适用于光刻胶在紫外-可见-红外宽波段的光学性质研究,在光刻模拟、新型光刻胶材料研制及其光学性质表征等领域有重要实用价值。     

纳米尺度氧化铪薄膜膜厚标准物质的研制

研制了氧化铪(HfO2)层厚度名义值分别为1nm、5nm、10nm的3种氧化铪薄膜膜厚标准物质,采用溯源至SI长度和角度基准的纳米薄膜厚度校准装置为标准物质候选物定值.研究建立了具有普适性的四层拟合模型,基于该模型对不同厚度的氧化铪薄膜的测量曲线进行了拟合,这是拟合结果准确可靠的基础.氧化铪薄膜膜厚标准物质具有良好的均...     

纯水基溶胶-凝胶法制备HfO_2纳米超薄膜

微电子工业的发展提出了不断提高集成电路芯片上多种器件电容密度的迫切需求,因此开展厚度10nm超薄HfO2高-k电介质薄膜的可控制备技术研究具有重要意义。以氯氧化铪、硝酸和双氧水为主要试剂配制了纯水基溶胶前驱体,使用去离子水对溶胶进行适当稀释后,采用旋涂法在经等离子体清洗的硅基片上制备HfO2薄膜。以XRR、AFM以及XPS为主要手段对薄膜样品的厚度、表面形貌以及化学成分进行了分析,结果表明这种新颖的溶胶-凝胶技术可将薄膜的沉积速率控制在每旋涂周期1nm以下,薄膜表面平整致密,成分符合化学计量比。     

计量型激光椭偏仪初始入射角校准方法的研究

为保证计量型激光椭偏仪测量结果的准确性,研究了一种初始入射角校准方法,通过线性位移台带动CCD相机进行一维运动,其运动轴作为空间线性辅助参考量,实现了椭偏仪的入射激光光轴与自准直仪光轴的90°校准。结果表明:采用该方法校准计量型激光椭偏仪的初始入射角,光轴俯仰角偏差＜0.05°,偏摆角偏差＜0.09°;校准后,对标称值为102.10nm的Si上SiO₂膜厚标准片进行测量,示值误差＜0.4nm,提升了计量型激光椭偏仪测量校准服务的准确性。     

一种光谱型椭偏仪的校准方法

针对光谱型椭偏仪校准结果受测量模型影响大的问题进行研究,提出一种不受测量模型影响的校准方法,即通过校准椭偏角实现光谱型椭偏仪的校准。依据椭偏仪测量原理,通过仿真分析确定实现较大范围内椭偏角校准所需标准样片的薄膜厚度量值,并采用半导体热氧化工艺制备出性能稳定的膜厚标准样片。使用标准样片对型号为M-2000XF的光谱型椭偏仪的椭偏角进行校准,样片厚度为2,50,500 nm对应的椭偏角偏差分别在±0.6°,±1.5°,±2°以内,该偏差对薄膜厚度的影响不超过±0.5 nm。经实验表明:该方法不受椭偏仪测量模型的影响,可有效解决光谱型椭偏仪的校准问题。     

HfO2薄膜的反应离子刻蚀特性研究

研究了HfO2薄膜在CHF3/Ar和SF6/Ar等气体中的反应离子刻蚀机理.结果表明刻蚀气体的组分和射频偏压对刻蚀速率有较大影响,而气体流量影响不大.CHF3和SF6与HfO2的反应产物具有较好的挥发性,Ar的引入不仅可以打破分子之间的键合促进刻蚀产物的形成,而且通过轰击加快产物从材料表面解吸,从而提高HfO2刻蚀速率.AFM测量结果表明刻蚀降低了HfO2表面粗糙度,显示刻蚀工艺对材料的低损伤.     

Ba_(0.9)Sr_(0.1)TiO_3薄膜的椭偏光谱研究

用椭偏光谱仪首次在光子能量为２．１～５．２ｅＶ的范围内,测量了不同热处理温度下Ｂａ０．９Ｓｒ０．１ＴｉＯ３（ＢＳＴ）薄膜的椭偏光谱,建立适当的拟合模型,并用Ｃａｕｃｈｙ色散模型描述ＢＳＴ薄膜的光学性质,用最优化法获得了所有样品的光学常数（折射率η和消光系数κ）谱及禁带能Ｅｇ．比较这些结果,初步得到了ＢＳＴ薄膜的折射率η、消光系数κ和禁带能Ｅｇ随退火温度变化的变化规律．     

Ba0.9Sr0.1TiO3薄膜的椭偏光谱研究

用椭偏光谱仪首次在光子能量为2．1－5．2eV的范围内,测量了不同热处理温度下Ba0.9Sr0.1TiO3(BST)薄膜的椭偏光谱。建立适当的拟合模型,并用Cauchy色散模型描述BST薄膜的光学性质,用最优化法获得了所用样品的光学常数（折射率n和消光系数k）谱及禁带能Eg比较这些结果,初步得到了BST薄膜的折射率n、消光系数k和禁带能Eg随退火温度变化的变化规律。     

掺Pd二氧化锡薄膜结构表征

利用X射线光电子谱（XPS）、扫描俄歇微探针（SAM）、X射线衍射（XRD）和差热-热重（DTA－TG）等多种分析技术，对由溶胶凝胶（Sol-Gel）法制备的Pd－SnO2薄膜试样的结构作了综合表征，系统地研究了热处理过程中试样结构及试样中Pd和Sn元素化学状态的变化规律。     

氟化镁基底上HfO2中间层对Al2O3薄膜微观组织和力学性能的影响

采用电子束蒸镀技术在氟化镁基底上制备了单层Al₂O₃薄膜和含有HfO₂中间层的HfO₂/Al₂O₃双层薄膜。在空气中对所制备的薄膜进行1 h 600℃的退火处理。通过掠入角X射线衍射仪(GIXRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、纳米压痕和划痕法对薄膜的微观结构、红外透过率和力学性能进行了表征。结果表明: 退火处理后HfO₂/Al₂O₃双层薄膜中形成了一层树枝状的新层, 这种新层的硬度大于17.5 GPa。这种高硬度的新层能够保护氟化镁基底不被划伤。从GIXRD图谱中只能找到单斜相HfO₂的衍射峰, 而Al₂O₃薄膜仍然保持非晶态。从这些结果中可以推断出HfO₂从非晶态向单斜相的转变促进了这种树枝状新层的产生, 也正是这种新层提高了保护薄膜的力学性能。     

MOCVD法制备HfO2薄膜前驱体的研究现状

HfO2薄膜是一种新兴的薄膜材料,在耐高温保护涂层、微电子、催化等领域有着非常重要的应用.HfO2薄膜优异的性能及广阔的应用前景已经引起人们极大的关注.介绍了MOCVD法制备HfO2薄膜前驱体的研究进展和现状,着重讨论了MOCVD工艺中各类前驱体的优缺点,概述了目前研究的热点和进一步研究的方向.最后得出结论:目前使用较多的β二酮类铪配合物自身存在许多不利于MOCVD工艺的缺点,因此混合配体的铪配合物成为进一步研究的焦点.     

高k值HfO2栅介质材料电学特性的研究进展

随着Si-MOS集成电路的迅速发展,高k值栅介质材料将成为下一代MOS器件绝缘栅最有希望的候选材料.介绍了近年来HfO2栅介质材料在制备方法和电学特性方面的研究进展,提出了改善其电学特性的主要途径,其中包括非金属元素掺杂、构建组分渐变界面、设计准二元合金系统、制备堆垛积层结构、抑制界面层生长和选择适宜的电极材料等.     

离子源偏压对PIA-EB-Hf法制备的HfO2激光薄膜性能的影响

探究HfO₂薄膜的激光损伤特性以进一步提高激光损伤阈值(Laser Induced Damage Threshold, 简称LIDT), 对其在高功率激光系统中的广泛应用具有重要的意义。在不同的离子源偏压下, 采用等离子体辅助电子束蒸发金属铪(Hf)并充氧(O₂)进行反应沉积法制备了中心波长为1064 nm, 光学厚度为4H的HfO₂薄膜样品。测试了薄膜组分和残余应力; 根据透射谱拟合了薄膜的折射率; 通过XRD谱图和SEM表面形貌图分析了薄膜的微观结构; 对激光损伤阈值、损伤特性和机理进行了论述。结果表明: 偏压100 V时制备的薄膜具有最佳O/Hf配比; 薄膜压应力和折射率均随偏压降低而减小。薄膜内存在结晶, 激光能量在晶界缺陷处被强烈聚集和吸收, 加速了膜层的破坏, 形成由几百纳米的烧灼坑聚集而成的海绵状损伤结构。随着偏压降低, 膜结晶取向由(\stackrel{\text{?}}{1}11)晶面向(002)晶面转变, 界面能降低; 晶粒减小, 结构更均匀, 缓解了激光能量在晶界处的局部聚集与吸收, 表现出较大的激光损伤阈值。