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原子层沉积制备的HfO_2高K栅介质材料特性研究

张俊杰  
【摘要】: 随着微电子工业的飞速发展,CMOS器件特征尺寸在不断缩小。传统的栅介质材料SiO2已经达到极限厚度而无法满足集成电路技术的要求。因此我们要寻求一种高介电材料来代替SiO2。目前HfO2被认为是最有前景的硅基MOS器件高介电材料。本论文工作主要分为以下两个方面: (1)利用美国NI(National Instruments)公司的虚拟仪器开发软件LabVIEW设计了一套用于半导体发光材料和器件光致和电致发光测量系统(ELPL Spectra System),整个系统由GPIB总线接口和USB串口将光谱仪、锁相放大器、数据采集器、数字源表与计算机连接,通过LabVIEW软件实现了多种光电测试的自动化。本系统可以进行光致(电致)发光光谱、荧光激发光谱、电流-电压-光强特性、发光器件老化特性、铁电特性等多项测量。 (2)利用原子层沉积技术在硅衬底上生长了50nm厚的HfO2薄膜,前驱体为四(二甲基酰胺)铪和水。我们对退火和未退火样品进行了物理、化学特性研究,包括原子力显微测试,X射线衍射,X射线光电子能谱和电流-电压测量。实验结果表明:由四(二甲基酰胺)铪原子层沉积的氧化铪薄膜的击穿场强高于由铪的卤化物制备的HfO2薄膜;薄膜表面的粗糙度和内部的结晶度均随着退火温度的升高而增大。


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