利用原子层沉积方法制备硅基MOS器件及研究.pdf

中文摘要 中文摘要 硅基金属一氧化物一半导体(MOS)光电器件因其价格低廉、应用广泛等 优点，具有广阔的应用潜力。完全利用原子层沉积(ALD)方法制各与当今硅基 微电子工艺相兼容的硅基MOS光电器件具有很好的应用前景。 为了测试ALD生长薄膜的厚度和折射率，我们搭建了一套单波长椭偏测量 系统，并采用模拟退火算法分析了椭偏数据的处理问题。 我们优化了氧化铝薄膜、氧化锌薄膜以及掺铝氧化锌薄膜的生长条件，并采 用ALD方法，在石英衬底上生长了掺铝氧化锌薄膜，生长温度为1500C，生长 源为三甲基铝(TMA)、二乙基锌(DEZn)和水。铝的掺杂量主要通过改变氧 化铝薄膜和氧化锌薄膜的生长层数比来控制。我们分析了这些薄膜的结构、电学 1 和光学性质。在铝含量为2．26％时，我们得到了电阻率为2．38x00Q·cm，均方 根粗糙度为1．328nm，可见光范围内透过率大于80％的掺铝氧化锌薄膜。铝原子 的掺杂会提高氧化锌的禁带宽度，并使其光致发光猝灭。 我们优化了可作为栅层材料的二氧化硅及氧化铪薄膜的原子层沉积生长条 件，并测试了这些材料作为棚绝缘层的电学性质。在退火温度为9000C时，得到 了击穿场强为8MV／cm、相对介电常数为3．69的二氧化硅薄膜，以及击穿场强 接近于4MV／cm、相对介电常数为10．80的氧化铪薄膜。退火处理会有效的减少 MOS结构器件的界面固定电荷密度和棚层俘获电荷密度，并大幅减少AID生长 时残留的Si．OH极性键对栅层相对介电常数的影响，从而提高栅层的电学性质。 最后，我们分析了氧化铪材料作为硅基TCO／Si02／n．SiMOS器件栅保护层的 可行性，并完全采用ALD方法生长了ZnO：A1／Hf02／Si02／n—SiMOS器件，分析了 其电学特性。氧化铪栅层的加入，可以有效地改善器件耐压特性，使整个器件可 以在0．1mA／cm2的恒定电流密度下稳定数分钟的时间，并可以观测到明显的F．N 隧穿现象。 关键词：硅基MOS器件原子层沉积掺铝氧化锌二氧化硅氧化铪 Abstract totheir and havereceivedattentiondue cheapprice SiliconMOSdevices global devices ALDare siliconMOS preparedby importantapplication．Theoptoelectronic microelectronics with silicon—based technology． compatibletodays wasbuilttomeasurethe measurement A wavelengthellipsometry system single refractiveindexoffilms ALD． thicknessand by deposited conditionsof and Zinc The A1203，ZnOA1-doped growing been