高k栅介质超薄纳米薄膜原位纳米压痕力学性能表征

发布时间：2023-05-04 04:42

　　随着微电子技术向深纳米尺度迈进,场效应晶体管器件的特征尺寸—栅极长度在不断缩小,栅极氧化物介质层的厚度也相应减小,由此带来了栅极漏电流急剧增大以及氧化层介质击穿的问题,成为半导体器件尺寸进一步缩小的技术瓶颈。为了突破这一难题,研究人员正在研究高k栅介质材料。HfO₂和Al₂O₃等高k栅介质材料具有更高的介电常数以及优异的电学性质,可以增加晶体管驱动电流和晶体管开关速度。在金属氧化物晶体管器件向更小尺寸迈进的技术节点,预计HfO₂和Al₂O₃等高k材料将替代SiO₂、SiO_xN_y和Si₃N₄等传统材料成为更合适在半导体行业应用和发展的栅极氧化物介质。目前大多数报导研究了高k栅介质纳米薄膜的电学、光学等物理性能,但是针对其力学性能特别是在50 nm尺度以下的超薄薄膜的力学性能研究较为缺乏。在场效应晶体管如此高精度的纳米器件中,栅介质薄膜在工作时受到外界...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 集成电路的发展
        1.1.2 MOS器件特征尺寸缩小的挑战
    1.2 高k栅介质材料
        1.2.1 高k栅介质材料的简介
        1.2.2 高k栅介质材料的选择
        1.2.3 高k栅介质材料的发展与挑战
    1.3 高k栅介质纳米薄膜材料的力学性能表征
        1.3.1 高k栅介质纳米薄膜材料力学性能表征的意义
        1.3.2 高k栅介质纳米薄膜材料力学性能国内外表征现状
        1.3.3 高k栅介质纳米薄膜材料力学性能表征存在的问题
    1.4 本课题研究的意义及主要内容
第二章 实验仪器
    2.1 引言
    2.2 镀膜设备介绍
        2.2.1 蜂窝状载体原子层沉积设备
        2.2.2 手套箱内置原子层沉积设备
    2.3 观测设备介绍
        2.3.1 Bruker ContourGT-K3D光学显微镜
        2.3.2 Quanta250 扫描电子显微镜
        2.3.3 Tecnai G220 透射电子显微镜
        2.3.4 Titan G2 球差矫正分析透射电子显微镜
    2.4 力学操纵设备介绍
        2.4.1 布鲁克原子力显微镜
        2.4.2 SEM/SPM联合测试系统
    2.5 本章小结
第三章 实验方法
    3.1 原子层沉积技术
    3.2 纳米压痕技术
    3.3 弹性模量计算方法
        3.3.1 经典力学O-P法
        3.3.2 Hertz接触理论
        3.3.3 Sneddon计算方法
    3.4 去基底效应计算方法
        3.4.1 Gao模型
        3.4.2 J Hay模型
    3.5 本章小结
第四章 Al₂O₃ 纳米薄膜力学性能原位表征
    4.1 引言
    4.2 Al₂O₃ 纳米薄膜的制备
    4.3 Al₂O₃ 纳米薄膜的结构表征
    4.4 Al₂O₃ 纳米薄膜的力学性能表征
        4.4.1 Al₂O₃ 纳米薄膜的压痕实验过程
        4.4.2 Al₂O₃ 纳米薄膜的弹性模量计算
        4.4.3 Al₂O₃ 纳米薄膜的力学性能分析
    4.5 本章小结
第五章 HfO₂ 纳米薄膜力学性能原位表征
    5.1 引言
    5.2 HfO₂ 纳米薄膜的制备
    5.3 HfO₂ 纳米薄膜的结构表征
    5.4 HfO₂ 超薄纳米薄膜的力学性能表征
        5.4.2 HfO₂ 超薄纳米薄膜的弹性模量计算
        5.4.3 HfO₂ 纳米薄膜的力学性能分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间所发表的学术论文



本文编号：3807973