基片温度对磁控溅射HfO2薄膜结构和性能影响分析

摘要：

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(HfO2)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HfO2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HfO2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.

关键词：HfO2薄膜、磁控溅射、晶体结构、组分、纳米力学性能

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分类号：TN3058;O484.1(半导体技术)

资助基金：国家自然科学基金项目61378050;陕西省科技厅重点实验室项目2013SZS14-Z02;陕西省教育厅重点实验室科研计划15JS032

在线出版日期：2017-01-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：872-879