原位同步辐射X射线光电子能谱研究高k电介质薄膜层的电子结构

发布时间：2018-10-14 20:34

【摘要】：在超高真空条件下,利用脉冲激光沉积技术在衬底为300℃的硅片上面沉积不同厚度的Er_2O_3、La_2O_3、Al_2O_3、LaAlO_3高电介质薄膜,制成不同体系的多层薄膜结构。在原位条件下,利用同步辐射光电子能谱研究了在氧气中,不同退火温度下,硅与高k氧化物界面层的电子结构。在Er_2O_3/Al_2O_3/Si多层薄膜结构中,Al_2O_3作为势垒层,XPS研究了Er_2O_3与Si的界面电子层结构:无论是在相同势垒层的厚度,不同退火温度下,还是在相同退火温度,不同势垒层厚度下,Al_2O_3中Al的2p峰在低、高温退火前后没有变化;Er 4d峰来自于硅酸铒中的铒,并非全是本征氧化铒薄膜中的铒。衬底硅的芯能级峰在沉积Al_2O_3时没有变化,但在沉积Er_2O_3薄膜时和退火过程中,有硅化物生成,而且同一温度下,随着Al_2O_3厚度的增加,其硅化物中硅的峰强减弱,含量减少,说明势垒层起到了很好的阻挡扩散的作用。这就表明Al_2O_3从沉积到退火,不参与任何反应,与Si界面很稳定;但在沉积Er_2O_3或者在退火过程中,它就会与通过势垒层的间隙式扩散硅反应,形成硅酸盐,其与硅的界面不太稳定。在La_2O_3/LaAlO_3/Si多层膜结构中,XPS研究了LaAlO_3作为势垒层的La_2O_3与Si的界面电子结构。结果显示,LaAlO_3中Al的2p峰在沉积和退火前后没有变化;衬底硅的芯能级峰在沉积LaAlO_3时没有变化,但在沉积La_2O_3薄膜和退火过程中,硅峰变弱;O的1s芯能级的峰由多种不用的氧化物薄膜层和反应物中的氧杂化而成。结果表明:LaAlO_3从沉积到退火当中,不参与任何反应,Si与LaAlO_3界面相当稳定;在体系中,阻挡层La AlO3起到阻挡硅扩散的作用,进一步表明La_2O_3与硅的界面不太稳定。比较两种结构,其热稳定性随着势垒层厚度的增加而增加,在等效氧化层厚度不变的情况下,其物理厚度就会沉积的越厚,即减小了漏电流,又提高了器件的稳定性。
[Abstract]:Er_2O_3,La_2O_3,Al_2O_3,LaAlO_3 high dielectric thin films with different thickness were deposited on Si substrates at 300 鈩，

本文编号：2271572