磁控溅射制备超薄tin薄膜电极

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1、硕士学位论文磁控溅射制备超薄TiN薄膜电极PreparationofUltrathinTiNFiImsElectrodebyMagnetronSputtering作者姓名：王里学科、专业：挝整塑堡量丝堂学号：指导教师：完成日期：21105008旦太匝塾拯2014-04—30大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研

2、究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：盈选塑j燮嫂骂]j趟彗煎邀作者签名：—一二碍—一日其

3、j：捌雌年』月址曰大连理工大学硕士学位论文摘要化学计量比接近1：1的TiN薄膜制备工艺简单，价格低廉，具有良好的导电性和较大的功函数(～4．7eV)，因此成为当前微电子工业中的主流电极材料，广泛应用于动态随机存储器(D洲)和场效应晶体管(FET)等器件当中。厚度小于10n／ii的TiN薄膜与Hf0

4、2等高．k电介质层接触时，会形成较高的肖特基势垒(一2．13eV)，可保障器件具有较小的本征漏导电流，有利于降低器件的功耗，同时提高了器件的可靠性。此外，在最近兴起的Hf02基新型铁电薄膜材料研究当中人们发现：TiN上电极的机械夹持作用会促进Hf02在退火晶化时形成亚稳正交相，对Hf02铁电性质的产生及稳定起到了关键作用。本论文工作以Hf02基新型铁电薄膜材料研究为背景，采用高真空直流磁控溅射设备在单晶p．Si(100)基片上制备TiN导电薄膜。实验中，通过椭偏仪、X射线反射率fXRR)技术对TiN薄膜的厚度进行了测量；使用四探针

5、法测量薄膜的电阻率；薄膜表面形貌以及表面粗糙度的测试采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)来完成；通过X射线光电子能谱(xps)N试对薄膜的化学键结合情况以及各元素的含量进行了分析。本论文分别研究了溅射电流、工作总压、靶基距、基底温度、氩氮比以及溅射时间对TiN薄膜颜色、厚度、电阻率、结晶取向、微观形貌的影响规律，通过优化工艺参数，实现了稳定可重复制备导电性能优秀的超薄TiN薄膜电极的工作目标。实验结果表明：制备超薄纳米氮化钛薄膜电极的最理想参数如下，溅射电流为0．4A，工作总压为O．3Pa，靶基距为93mm，基底温

6、度为350"C，氩气与氮气流量比为12：1。XPS结果表明Ti与N化学计量比接近1：1。XRD分析说明了薄膜均为多晶膜，择优取向为TiN(111)和TiN(200)，且I(200)越大，薄膜导电性越好。AFM结果表明TiN薄膜表面较为平整光滑，没有明显晶粒生长。关键词：磁控溅射；TiN纳米薄膜；导电性直流磁控溅射制备超薄纳米TiN薄膜电极ThepreparationofultrathinTiNfiImelectrodebymagnetronsputteringAbstractTiNfilmsthatthestoichiometri

7、cratioiScloseto1：1．havemanyfinefeaturessuchassimplepreparationprocess，inexpensive，goodconductivityandhighworkfunction，SOitbecomeoneofthemainstreamelectrodematerialsinthemicroelectronicsindustry，widelyusedinthedeviceslikeDRAMandFET．WhenTiNfilmsareincontact、加tllhigh—kdi

8、electriclayer，itCanformhighschottkybarrier，whichCanmadethedevicessmallerintrinsicleakageflow，helpfultoreducethepowerconsumption，andatthesametimeimprovethereliability。Inaddition，inthestudyofnewferroelectricmaterialHf02recently，researchershavefoundthatTiNhasthemechanica

9、lclampingfunctiononHf02asthetopelectrode，whichwillpromoteHf02formmetastablephaseduringannealing，thisiscrucialforHf02toproduc