高K栅介质HfSi_xO_y薄膜的制备工艺与结构分析

采用射频磁控溅射法制备HfSixOy薄膜,系统研究工艺参数对HfSixOy薄膜沉积速率的影响规律。对沉积态和退火HfO2和HfSixOy薄膜的结构进行了对比分析。结果表明:HfSixOy薄膜的沉积速率随射频功率、Ar气体流量和粘贴Si面积的增大而增大,随溅射气压的增大而减小。衬底未加热时,制备的HfSixOy和HfO2薄膜均呈非晶态,随着衬底加热温度的上升,HfO2薄膜呈多晶态,而HfSixOy薄膜呈非晶态。HfSixOy薄膜在800℃退火后仍呈非晶态,而HfO2薄膜在400℃退火后已明显晶化,这表明HfSixOy薄膜具有较高的热稳定性。

退火对磁控溅射HfSi_xO_y薄膜光学性质的影响

采用射频反应磁控溅射方法在硅衬底制备了HfSixOy薄膜,用X射线光电子能谱(XPS)分析了HfSixOy薄膜的成分,用X射线衍射(XRD)检测了薄膜的结构,并用椭圆偏振光谱仪研究了退火处理对薄膜光学性质的影响。XRD谱显示,HfSixOy薄膜经700℃高温退火处理后仍为非晶态,而在900℃高温退火处理后出现晶化。采用Tauc-Lorentz(TL)色散模型对测试得到的曲线进行拟合并分析得出薄膜的光学常数,结果表明,薄膜的折射率随退火温度的升高而增加,而消光系数随退火温度的升高呈降低趋势。薄膜的光学带隙随着退火温度的升高增加,采用外推法得到薄膜沉积态和经500℃,700℃,900℃退火后的带隙分别为5.62,5.65,5.68,5.98eV。