不同温度下环保型HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体分解机理

由于SF6气体的温室效应,以C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O、C_(6)F_(12)O和HFO-1234ze(E)等气体为代表的新型环保替代气体得到了广泛的关注,但对于这些气体分子在局部过热或放电状态下导致设备内部温度升高时的分解机理还缺乏研究。为了进一步探究新型环保气体替代SF6气体的可行性,本文以HFO-1234ze(E)分子为例,基于ReaxFF反应分子动力学方法和密度泛函理论,从微观层面模拟研究了HFO-1234ze(E)分子和不同温度下20%HFO-1234ze(E)/80%CO_(2)混合气体的分解现象。结果发现:HFO-1234ze(E)分子存在着7种不同的分解路径,且CO_(2)中的C=O会最先分解;而HFO-1234ze(E)中的C—F键和C=C双键焓值较高,断裂较为困难,随着温度的升高,发生分解的时间也越早。当温度低于2000 K时,HFO-1234ze(E)/CO_(2)混合气体几乎都不会发生分解;当温度为2000 K时,HFO-1234ze(E)分子不会发生分解,CO_(2)分子会迅速发生分解;当温度为2600 K以上时,温度每上升2000 K,HFO-1234ze(E)分子就会多分解5个左右,CO_(2)分子就会多分解35个左右,直到最后基本完全分解。混合气体主要分解产生CO、O_(2)、C_(2)O_(2)、HF、CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(6)和C_(3)H_(3)F_(3)等各类自由基,其中:CO为有毒气体、HF为强腐蚀性气体,应采取措施对其含量进行监测;其他分解产物的化学性质均较为稳定且对环境无害,并仍然具有一定的绝缘能力。以上表明20%HFO-1234ze(E)和80%CO_(2)混合气体在一定程度上可以完全替代SF6气体,这也为进一步研究其他新型环保混合气体提供了理论依据和工程指导。

薄膜厚度对HfO_2薄膜残余应力的影响

HfO2薄膜是用电子束蒸发方法制备的,利用ZYGO干涉仪测量了基片镀膜前后曲率半径的变化,计算了薄膜应力。对样品进行了XRD测试,讨论了膜厚对薄膜残余应力的影响。结果发现不同厚度HfO2薄膜的残余应力均为张应力,应力值随薄膜厚度的增加而减小,当薄膜厚度达到一定值后,应力值趋于稳定。从微观结构变化对实验结果进行了分析,发现微结构演变引起的本征应力变化是引起薄膜残余应力改变的主要因素。

不同氧氩比例对氧化铪(HfO_2)薄膜的结构及性能的影响

在不同氧氩比例气氛下,采用直流磁控反应溅射方法制备了HfO2薄膜。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和紫外可见光谱(UV-Visible spectrum)等研究了氧氩比例的不同,对HfO2薄膜的晶体结构、化学配比、表面形貌和光学性能的影响。结果显示:室温下,不同氧氩比例的HfO2薄膜都为非晶结构;随着氧分量的减少,Hf4f与O1s的XPS峰向小的结合能方向移动;在氧分量较大的气氛下,HfO2薄膜的化学失配度较小,薄膜均匀,致密,在400 nm^1 100 nm有良好的光透过性。

沉积温度对HfO_2薄膜残余应力的影响

用电子束蒸发方法制备了HfO2薄膜,根据镀膜前后基片曲率半径的变化,用Stoney公式计算了薄膜应力,讨论了沉积温度对薄膜残余应力的影响.结果发现,HfO2薄膜的残余应力均为张应力,应力值随沉积温度的升高先增大后减小,在280℃左右出现极大值.对样品进行了XRD测试,从微观结构上对实验结果进行了分析,发现微结构演变引起的内应力变化是引起薄膜残余应力改变的主要因素,HfO2薄膜在所选沉积温度60～350℃内出现了晶态转变,堆积密度随温度升高而增大.

化学法制备的HfO_2薄膜的激光损伤阈值研究

采用化学法制备了HfO2介质膜,研究了热处理、紫外辐照以及Al2O3复合对HfO2介质膜激光损伤阈值的影响。采用红外光谱(FTIR)和X射线衍射仪对薄膜进行了表征,并用输出波长为1.064μm、脉宽为10 ns的电光调Q激光系统测试薄膜的激光损伤阈值。实验结果表明:采用150℃左右的温度对薄膜进行热处理可以提高薄膜的激光损伤阈值,所获得的薄膜的激光损伤阈值高达42.32 J/cm2,比热处理前的激光损伤阈值提高了82%;无机材料Al2O3的适量添加能够提高薄膜的激光损伤阈值,其中HfO2与Al2O3的最佳质量配比约为95∶5;另外,对薄膜进行适当的紫外辐照也可改善HfO2薄膜以及HfO2-Al2O3复合薄膜的抗激光损伤性能。紫外辐照对提高HfO2-Al2O3复合薄膜的激光损伤阈值效果尤为显著,辐照40 min后的激光损伤阈值达到44.33 J/cm2,比紫外辐照前的激光损伤阈值提高了90%。

HfO_2在CHF_3,Ar和H_2的感应耦合等离子体中的刻蚀行为

通过改变偏压功率和气体气压的宏观条件 ,利用CHF3 ,Ar和H2 的感应耦合等离子体 (ICP)对HfO2 和RZJ 30 6光刻胶进行了刻蚀选择性实验研究。结果表明 ,HfO2 与等离子体化学相互作用的刻蚀产物属于非挥发性的 ,容易造成边墙的堆积而形成“驼峰”形 ,因而需要借助于Ar+ 的辅助轰击来消除边墙堆积 ,典型的HfO2 /光刻胶的刻蚀选择比在 0 2～ 0 .5之间。在射频源功率 4 0 0W、气压 0 5Pa、射频偏压 - 4 0 0V、流量比为Ar∶CHF3 ∶H2 =4 0sccm∶18sccm∶2sccm的优化条件下 ,利用感应耦合等离子体刻蚀特性 ,对光刻胶作为掩膜的HfO2 /BK7玻璃进行刻蚀 ,扫描电镜的测试结果表明 ,光栅的图形转移效果较好。红外激光波长为 10 6 4nm时 ,所测得的光栅二级衍射效率在 71%以上。

HfO_2/SiO_2高反射膜的缺陷及其激光损伤

用原子力、Normaski和扫描电子显微镜等分析仪器 ,对高损伤阈值薄膜常采用的 Hf O2 /Si O2 薄膜进行了表面显微图象研究 ,分析了薄膜常见的表面缺陷 ,如节瘤 ,孔洞和划痕等。薄膜表面缺陷的激光损伤实验表明 ,不同缺陷的抗激光损伤能力大不相同 ,节瘤缺陷最低 ,约为 1 5 J/ cm2 ,薄膜的损伤阈值主要由其决定 ,孔洞的激光损伤能力与节瘤相比较高 ,约为节瘤的 2～ 3倍。节瘤缺陷在低能量密度的激光损伤所形成的孔洞 ,与镀制过程中形成的孔洞形貌相似 ,激光再损伤能力也相似。

制备工艺对HfO_2薄膜抗激光损伤能力的影响

采用反应蒸镀法镀制了单层ＨｉＯ２薄膜，观察了薄膜表面主要的微结构缺陷， 研究了基片清洗工艺对薄膜损伤阈值的影响。测量了薄膜沉积前后表面粗糙度变化。结果表 明：沉积工艺可以改变粗糙度，并对薄膜抗激光损伤能力有较大的影响。

采用HfO_2/SiO_2溶胶-凝胶薄膜制备衍射光栅

采用溶胶-凝胶方法制备了具有光敏性的HfO2/SiO2溶胶-凝胶薄膜,并利用其光敏性制备了衍射光栅.采用XPS分析了薄膜的成份,证实了Hf元素的存在.并用椭偏仪测试了薄膜的折射率,结果证实了HfO2的加入确实提高了体系的折射率.利用其光敏性,采用X射线作曝光光源通过掩模进行曝光,利用曝光部分与未曝光部分的溶解度差,在薄膜上制备了高为0.8μm、周期为1μm的衍射光栅.

高k值HfO_2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。

HfO_2高K栅介质薄膜的电学特性研究

研究了高 K(高介电常数 )栅介质 Hf O2 薄膜的制备工艺 ,制备了有效氧化层厚度为 2 .9nm的超薄MOS电容。对电容的电学特性如 C-V特性 ,I-V特性 ,击穿特性进行了测试。实验结果显示 :Hf O2 栅介质电容具有良好的 C-V特性 ,较低的漏电流和较高的击穿电压。因此 ,Hf O2 栅介质可能成为 Si O2 栅介质的替代物。

纳米HfO_2粉体的制备工艺研究

该文以HfOCl2为原料,分别选用分子量为400、1000和6000的3种聚乙二醇(PEG)作分散剂,在70℃和25℃的反应温度条件下,采用反向滴定化学沉淀法制备出HfO2纳米粉体.X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)的分析结果表明:在70℃的反应温度条件下,加入3种分散剂制备的HfO2粉体的平均晶粒度均小于50nm;用高分子量的分散剂PEG6000所制得的粉体晶粒度更加细小;PEG6000的加入量在0.5%～2.5%质量分数范围内变化对最终的粉体晶粒度影响不大;在25℃的反应温度条件下,加入同样分散剂制备的HfO2粉体的平均晶粒度更加细小,平均晶粒度在30nm左右.用TG/DSC结合XRD对纳米HfO2粉体的研究结果表明:HfO2纳米粉体的晶型转变温度比微米HfO2材料降低了251℃左右(由891℃降低至640℃),并且在焙烧温度大于660℃时,生成了只有在高温高压条件下才能存在的斜方相HfO2.

氧气对磁控溅射HfO_2薄膜电学性能的影响

采用射频磁控溅射法在无氧和有氧气氛下制备了HfO2薄膜。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、椭圆偏振光谱(SE)以及电容-电压(C-V)测试对薄膜的结构、成分、HfO2/Si界面和HfO2栅介质MOS结构的电学性能等进行了分析表证。结果表明,溅射过程中通入氧气后,薄膜出现了较明显的结晶化;薄膜的氧化程度得到提高,成分更接近理想化学计量比HfO2。在HfO2/Si界面处存在的SiO2界面层,有氧条件下界面层的厚度增大。氧气的通入改善了HfO2栅介质MOS结构的电学性能。

用1064nm激光增强HfO_2/SiO_2薄膜的抗激光损伤能力的实验研究

用1064nm激光实验研究了HfO2/SiO2薄膜的激光损伤增强效应,实验以薄膜激光损伤阈值70%的激光能量开始,采用N ON 1方式处理薄膜,激光脉冲的能量增量为5J/cm2。实验结果表明,激光处理薄膜表面能使激光损伤阈值平均提高到3倍左右,并且薄膜的损伤尺度也明显减小。对有缺陷的薄膜,其缺陷经低能量激光后熔和消除,其抗激光损伤能力得到增强,但增强得并不显著,而薄膜本身的激光预处理,可以使其激光损伤阈值大大提高。

无团聚HfO_2纳米粉体的湿化学法制备及性能表征

以化学沉淀法制备HfO2纳米粉体,借助XRD、SEM、TEM、BET、激光粒度测试仪等测试方法研究了不同制备工艺对HfO2纳米粉料团聚状态的影响.采用初始浓度0.5mol/L的溶液,稳定溶液pH为9、添加表面活性剂PEG、用无水乙醇处理水洗后的湿凝胶、在700℃下煅烧,能制备无团聚,平均粒径为25nm,呈正交晶型的HfO2纳米粉体.200MPa冷等静压成型的素坯在氢气中1800℃C保温2h得到96％理论密度的主相为正交相,有少量单斜相存在的HfO2陶瓷烧结体.

射频磁控反应溅射制备HfO_2薄膜的工艺及电性能

采用射频磁控反应溅射法,以高纯Hf为靶材、高纯O2为反应气体,成功地在p型硅衬底上制备了高k栅介质HfO2薄膜,并对薄膜的沉积速率、成分和电学性能进行了研究。结果表明,薄膜沉积速率随射频功率增加而增大,随O2气流量增加而减小,随溅射气压增加呈先增大后减小的趋势。制备的薄膜中Hf和O元素的原子浓度比基本符合化学计量比。研究了薄膜的C-V特性;获得了O2流量、射频功率及退火温度对薄膜电学性能的影响规律。

离子束辅助工艺中APS源偏转电压对HfO2薄膜性能的影响

基于Leybold APS1104镀膜系统，采用离子束辅助反应沉积技术，以金属Hf粒为初始镀膜材料，APS源偏转电压为50～140V范围内，在[-100]单晶硅片和紫外石英（JGS1）基板上制备了HfO2单层膜。分别利用Lambda900分光光度计、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪以及原子力显微镜对HfO2薄膜的光谱性能、表面及纵向化学成分、晶相结构以及表面粗糙度进行了分析。结果表明：当APS源偏转电压在120～140V及50～90V两个范围内变化时，HfO2薄膜的紫外短波光学损耗随着偏转电压的降低而减小，而为nO～90V时紫外短波光学损耗对偏转电压的变化不敏感；偏转电压在50～140V的范围内时，制备的HfO2薄膜表面及纵向化学成分无明显变化；当偏转电压为100V时，HfO2薄膜晶粒尺寸及表面粗糙度分别达到最大值26．2nm及5．79nm，其后，随着偏转电压的降低，二者均逐渐减小。

水热法制备高折射率的HfO_2光学薄膜

采用水热合成技术制备了HfO2胶体,用旋涂法镀制了单层HfO2介质膜.采用多种仪器设备对薄膜进行性能测试和表征,并用输出波长为1.06μm、脉宽为10 ns的电光调Q激光系统产生的强激光测试薄膜的激光损伤阈值.研究表明,水热合成技术制备的HfO2薄膜具有较高的激光损伤阈值、折射率和较好的平整度.对HfO2薄膜激光损伤形貌和成因进行了研究.

反应磁控溅射法制备HfO_2金刚石红外增透膜

采用纯铪(Hf)金属靶,在氧+氩反应气氛中进行了HfO2薄膜直流反应磁控溅射沉积。首先在单晶硅片上沉积薄膜,研究工艺参数改变对薄膜的影响,然后选择较优的工艺在金刚石表面沉积符合光学厚度的薄膜,达到增透减反射效果。利用X射线光电子能谱(XPS)研究了O2/Ar比例对薄膜组成的影响。利用X射线衍射仪(GIXRD)和椭偏仪(Ellipsometer)研究了不同衬底温度对氧化铪薄膜组织结构和光学性能的影响。采用傅立叶红外光谱仪(FTIR)检测了镀膜前后金刚石红外透过性能,发现双面镀制HfO2薄膜能够有效提高金刚石在8～12μm的红外透过性能,在8μm处最大增透可达21.6%,使金刚石红外透过率达到88%;在3～5μm范围,双面镀制了HfO2薄膜的金刚石平均透过率达66.8%,比没有镀膜的金刚石在该处的平均透过率54%高出12.8%。

基片温度对磁控溅射HfO_2薄膜结构和性能影响分析

在纯氧条件下,采用直流磁控溅射技术在单晶硅基片上沉积氧化铪(HfO_2)薄膜,并研究了沉积过程中基片温度对薄膜结构和性能的影响规律。利用X射线衍射仪(XRD)和X射线能谱(XPS)表征了薄膜的晶体结构和组分,利用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌,利用纳米力学测试系统表征了薄膜的纳米硬度和弹性模量。结果表明:磁控溅射制备的HfO_2薄膜样品呈(111)择优生长,其晶粒尺寸随着基片温度的升高而增大,但其晶型并不发生转变。随着基片温度的增加,基片中的硅元素向薄膜内扩散,影响了薄膜的化学计量比。沉积薄膜的表面形貌和力学性能亦受到其结构和组分变化的影响。在200℃条件下制备的HfO_2薄膜纯度高,O、Hf元素化学计量达到了1.99,其表面质量和力学性能均达到了最佳值,随着基片温度升高至300℃以上,薄膜纯度下降,表面质量和力学性能均产生劣化。