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等离子体增强原子层沉积技术研究

作　者: 刘新坤
导　师: 石建军
学　校: 东华大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 原子层沉积脉冲调制射频等离子体沉积温度
分类号: TN304.055
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在集成电路的纳米级微型化趋势下,随着半导体科学技术不断更新换代,原子层沉积技术(Atomic Layer Deposition, ALD)近年来备受关注。由于ALD技术具有沉积厚度纳米级可控,成膜均匀,保型性好等优点,所以在高K介质材料的制备中应用广泛,而且有可能成为纳米半导体领域的新一代沉积技术。但是常规的热ALD技术由于沉积速率过低和对某些沉积薄膜的沉积温度要求过高,使其在工业应用中受到限制。为了克服ALD技术这两个缺点,很多课题组提出了不同的解决方法,例如强氧化剂辅助原子层沉积,磁控等离子体辅助原子层沉积等方法。而本文主要针对ALD沉积对最低沉积阈值温度要求高这一缺点提出了改进办法,即用脉冲调制的射频等离子体技术来辅助ALD技术,以改进其不足,使ALD技术在较低温度下(100℃以下)在热敏感的基底上沉积薄膜。本文首先阐述了纳米薄膜技术的应用及发展情况,然后分别对原子层沉积技术的原理、特点、应用和等离子体的定义、产生、分类、应用等进行了概述。并在合理的理论依据下,结合它们的优缺点将它们融合在一起,构成了脉冲调制射频等离子体增强原子层沉积技术。研究中采用P型晶向为111的硅片作为基片,三甲基铝(trimethyl aluminiu, TMA)和水(H2O)作为沉积的两种前躯体,由ALD的脉冲信号作为射频电源的脉冲调制源,在沉积腔体内产生等离子体。在ALD沉积过程中脉冲调制射频等离子体的放电曲线也做了分析,这对基底温度的调节和减少系统功耗很重要。由于有等离子体的辅助,沉积有了明显的改善,尤其在较低的基底温度时如90℃,硅片基底上成功的沉积出均匀的氧化铝(Al2O3)薄膜,这在常规的热ALD中是不可能实现的,这也为在聚合物基底上进行Al2O3薄膜沉积奠定了实验基础。本文通过对常规的热原子层沉积和脉冲调制射频等离子体增强原子层沉积在不同温度下的沉积情况作了对比实验,分别采用台阶仪和椭偏仪对Al2O3薄膜的膜厚和介电常数等做了分析研究,得到了正常的Al2O3薄膜的原子层沉积速率为0.16nm/cycle,对比常规热原子层沉积和等离子体辅助原子层沉积的数据可知：在进行Al2O3薄膜等离子体辅助原子层沉积时,等离子体并不能增加其在低温时的沉积速率,因为在低于原子层最低沉积阈值温度时,热原子层沉积和等离子体增强原子层均能得到较理论值更厚的Al2O3薄膜,但此时的薄膜并非原子层结构的Al2O3薄膜；实验结果说明：由于等离子体的辅助作用,降低了Al2O3薄膜原子层沉积的最低沉积阈值温度。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-10
第1章绪论  10-27
  1.1 纳米薄膜技术的应用和发展  10-11
  1.2 原子层沉积技术概述  11-19
  1.3 等离子体概述  19-26
  1.4 本文的主要内容和创新点  26-27
第2章脉冲调制等离子体技术  27-36
  2.1 脉冲调制等离子体技术原理  27-29
  2.2 脉冲调制射频放电的时间分辨  29-31
  2.3 气体放电击穿的数值模拟研究  31-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章实验设计  36-47
  3.1 实验装置  36-39
  3.2 实验材料  39
  3.3 实验设备搭建及信号处理  39-41
  3.4 实验具体操作方法  41-46
  3.5 实验样品存放  46
  3.6 本章小结  46-47
第4章结果表征及分析  47-58
  4.1 电学特性  47-49
  4.2 薄膜沉积速率  49-55
  4.3 本章小结  55-58
第5章总结与展望  58-60
  5.1 论文总结  58-59
  5.2 未来展望  59-60
参考文献  60-66
攻读学位期间的研究成果  66-67
致谢  67

等离子体增强原子层沉积技术研究

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