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摘要：随着集成电路的进展,摩尔定律一直驱动着集成电路特点尺寸逐渐减小。集成电路的基本单元即金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOET)等比例缩小使纳米量级材料的制备技术变得越来越重要,对于大面积均匀性且厚度可控的薄膜生长技术的需求也越来越强烈。近几年来,原子层沉积技术(ALD)作为未来集成电路的关键技术而受到越来越多的关注,被认为是45纳米技术节点及以下工艺的关键薄膜制备工艺。这主要归功于原子层沉积技术是一种自限制的生长历程,可以实现原子层级别的薄膜厚度制约,具有优异的保形性、良好的薄膜间界面制约性能以及极好的大面积均匀性和重复性。近年来,利用原子层沉积技术生长诸如Pt、Ru、Rh、Pd及Ir等贵金属得到广泛的探讨。由于Pt具有极好的电学性质并且在有氧环境下保持极好的化学稳定性,所以Pt在动态随机存取存储器(DRAM)和铁电随机存取存储器(FRAM)相关运用领域有着广泛的运用。在金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOET)中,Pt由于其较高的功函数(5.6eV)可以作为MOET的栅极金属材料。Pt有着较高的催化活性,其在燃料电池(Fuel Cells)和超级电容方向也有着Pt的运用身影。另外,Pt的硅化物还可以运用于纳米级别MOET源漏区的超浅结中。在形成硅化物时需利用退火技术,多年来对退火策略进行了广泛探讨,出现了快速热退火(RTP)技术,这种退火技术是瞬间内使硅片的某个区域加热到所需要的温度,并在较短的时间内完成退火。随着集成电路特点尺寸的越来越小,MOS晶体管的源漏区的金属硅化物也受到越来越多的挑战。近来来,出现了-种新兴的退火技术,微波退火技术(MWA)。微波退火技术在很多领域与传统的快速热退火技术比较有很多优势,例如微波退火可以在较低温度下形成硅化物。另外,微波退火技术可以在较低温度下进行杂质激活并可修复由于离子注入造成的损伤。本论文主要内容包括以下几个部分：采取CH3C5H4Pt(CH3)3和O2作为反应源,探讨了原子层沉积Pt薄膜的工艺流程并对Pt薄膜的表面形貌、截面结构、化学成分进行了表征和浅析探讨。实验结果表明,当CH3C5H4Pt(CH3)3和O2的脉冲时间分别为1s和160ms时能够获得较快且稳定的Pt淀积速率,而当O2的脉冲时间设置为40ms和100ms时发现CH3C5H4Pt(CH3)3并没有完全发生反应,只有部分生成Pt淀积在衬底之上为了探讨不同的衬底处理方式对原子层沉积Pt的影响,采取HF-last和Oxide-last两种方式处理的硅片作为原子层沉积Pt的衬底,实验结果发现在Oxide-last硅衬底上原子层沉积Pt比在HF-last硅衬底上要容易得多。这是因为HF-last硅衬底表面有Si-H悬挂键,这种Si-H键在温度高达550℃时才有可能断裂形成Pt源可吸附的悬挂键,而Oxide-last硅衬底表面有很多的-O或者-OH基团,而-OH基团易断裂形成Si-O-,这种悬挂键可让Pt吸附于Oxide-last硅衬底之上。X射线光电子能谱浅析原子层沉积Pt样品的Pt4f,Si2p和O1s峰值可知,在HF-last和Oxide-last两种硅衬底上原子层沉积Pt为金属单质,并没有形成Pt硅化物和氧化物。在Pt和HF-last硅衬底之间出现了一层约为2.5nm左右的中间氧化层。实验表明这层氧化层是在原子层沉积Pt的历程中形成的,而且Pt在中间氧化层生长历程中起到了一定的催化作用。另外,即使通过原子层沉积的Pt薄膜已经将HF-last硅衬底全部覆盖,O2还是可以穿过Pt薄膜与下面的HF-last硅衬底反应生成SiO2薄层。由于这层中间氧化层的有着,由此不能在硅片上直接进行原子层沉积Pt。利用物理气相沉积在硅衬底上生长厚度为10nm的Pt薄层来浅析比较快速热退火(RTP)和微波退火(WMA)这两种退火方式形成Pt硅化物。微波退火技术在很多领域与传统的快速热退火技术相比有很多优势,微波退火可以在较低温度下形成硅化物。在进行快速热退火时,在退火温度为550℃才有部分的Pt2Si退火形成PtSi;而利用微波退火时,退火温度为300℃时就已经形成了PtSi,比快速热退火形成PtSi的温度(550℃)低了250℃左右。关键词：原子层沉积(ALD)论文物理气相沉积(PVD)论文Pt薄膜论文中间氧化层论文快速热退火(RTP)论文微波退火(MWA)论文
摘要5-7
Abstract7-9
第一章 绪论9-12
第二章 薄膜沉积及退火技术12-29
2.1 原子层沉积12-21
2.1.1 原子层沉积介绍12
2.1.2 原子层沉积原理12-14
2.1.3 原子层沉积条件14-16
2.1.4 原子层沉积特点16-20
2.1.5 原子层沉积运用20-21
2.2 物理气相沉积21-25
2.2.1 物理气相沉积介绍21-22
2.2.2 真空蒸镀22
2.2.3 溅射镀膜22-23
2.2.4 电弧等离子体镀膜23
2.2.5 离子镀膜23-25
2.3 其他薄膜沉积技术25-26
2.3.1 分子束外延法(MBE)25
2.3.2 化学气相淀积(CVD)25
2.3.3 脉冲激光沉积法(PLD)25-26
2.4 硅化物及退火技术26-29
第三章 原子层沉积Pt薄膜29-59
3.1 引言29
3.2 样品制备和实验策略29-31
3.2.1 硅片的清洗历程29-30
3.2.2 样品制备策略30-31
3.3 原子层沉积Pt薄膜实验31-33
3.4 实验结果及讨论33-58
3.4.1 AFM浅析33-38
3.4.2 SEM浅析38-42
3.4.3 XPS浅析42-45
3.4.4 TEM浅析45-53
3.4.5 解决中间氧化层不足53-58
3.5 本章小结58-59
第四章 微波退火及快速热退火59-64
4.1 引言59
4.2 样品制备和实验策略59-61
4.2.1 衬底准备历程59-60
4.2.2 物理气相沉积Pt薄膜实验60-61
4.3 实验结果及浅析61-64
第五章 全文总结64-66