反应射频磁控溅射制备高k氧化锆薄膜及介电性能的研究.pdf

马春雨等：反应射频磁控溅射制备高^氧化锫薄膜及介电性能的研究 453 反应射频磁控溅射制备高忌氧化锆薄膜及介电性能的研究。 马春雨1，李 智2，张庆瑜1 (1．大连理工大学三柬材料改性国家重点实验室，辽宁大连116024；2．大连大学机械工程系，辽宁大连116622) 摘要： 在氧气和氩气的混合气体中，在0z／Ar混和气总流有好的热学稳定性，近些年逐渐引起了各国研究人员的密切关 量固定的条件下．通过调节02／Ar流量比，采用反应RF磁控溅注[””。关于zr0。薄膜的制备，已经有很多方法，如反应离子 射法制备了具有高介电常数的氧化锆薄膜。通过透射电子显微 柬溅射、电子柬蒸发Ⅲ、直流磁控溅射、射频磁控溅射等。值得 镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)研究了02／Ar流量比与薄膜 注意的是，采用不同方法制备出的Z内2薄膜其性能有着较大 微观组织和结构、表面平整度之间的关系，并测试分析了在不同 的差别。特别是当用作栅极介质层时．zroz薄膜的介电行为 02／Ar流量比下溅射沉积的Al／Zr02／Si02／n型Si叠层结构的 如介电常数、介电损耗、介电强度等随制备手段的不同而发生明 C-V特性曲线。实验结果表明02／Ar流量比与薄膜微观组织显的变化。如何制备出具有高的介电常数、光滑致密、满足 和结构有一定的关系。纯氧气氛下沉积的zr0。薄膜基本上为 MoSFET使用要求的Zro。薄膜一直是一件很重要的工作。本 纳米级的微晶，晶体结构为单斜结构(口=5．17、6=5．26、f一 工作采用反应RF磁控溅射法在高纯o。和高纯Ar的混合气氛 l 5．3、口=y=90。．J9=80．17。)．在02／Ar流量比为l4混合气氛 中制各了氧化锆薄膜，研究了0z／Ar流量比与薄膜微观结构． 下制备出了具有非晶结构的均质Zr02薄膜；低的02／Ar流量 表面平整度．电学性能之间的关系。 比下溅射得到的Zr0。薄膜样片。均方根粗糙度较低，表面平整 t 2实验工艺与分析方法 度较好；在02／Ar流量比为14左右时，zr02薄膜的相对介电 常数达到25。 2．1实验工艺 关键词： 反应RF磁控溅射法；氧化锆薄膜；表面粗糙度；高介 电常数 中图分类号：0484．1 文献标识码：A 文章编号：100卜9731(2004)04一0453·04 420mm，电阻率为2～40·cm，镀膜前，基片在酒精中超声清洗 5min，再经去离子水冲洗，然后烘干。溅射时．靶与基片之间距 1 引 言 离为80mm。实验前在氩气气氛中用80w入射功率预溅射 按照Moore定律和美国半导体工业协会1997年发布的国 10min．以去除靶表面的氧化物和其它杂质，然后通入氧气．待 家半导体技术远景发展规划图，微电子技术约在2010年左右将辉光稳定后，由计算机控制来转动基片转盘，置基片于辉光中成 进入亚o．1肛m时代[1]。Si02薄膜作为性能优良的栅极电介质 膜。反应溅射功率为150w．溅射时间为40min，基片加热设鼍 材料一直得到广泛的使用。然而。随着器件特征尺寸的进一步 在250℃，本底真空度抽到4．O×lO-‘Pa以上，总的工作气压固 缩小，当光刻线宽O．1pm尺度范围后，Sio。栅介质层的厚度