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真空 ›› 2019, Vol. 56 ›› Issue (5): 52-55.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2019.05.10

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高介电氧化铪薄膜的制备与性能研究*

廖荣, 邓永健, 王家驹, 赵飞兰, 郑若茜, 刘慧君, 柯嘉聪   

  1. 华南理工大学电子与信息学院,广东 广州 510640
  • 收稿日期:2019-04-23 发布日期:2019-10-15
  • 作者简介:廖荣(1970-),男,江西省吉安市人,博士,工程师。
  • 基金资助:
    *2019年华南理工大学“学生研究计划”项目（X201910561135）; 2018年华南理工大学第五批“探索性实验”项目（Y9180400）; 2018年华南理工大学“国家级大学生创新创业训练计划”（Y9180210）项目

Preparation and Properties of High Dielectric Hafnium Oxide Thin Film

LIAO Rong, DENG Yong-jian, WANG Jia-ju, ZHAO Fei-lan, ZHENG Ruo-qian, LIU Hui-jun, KE Jia-chong   

  1. School of Electronic and Information Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
  • Received:2019-04-23 Published:2019-10-15

摘要： 采用磁控溅射法分别在Si片和玻璃片上制备了HfO2薄膜,并用SEM、XRD、XPS、紫外可见分光光度计和HP4284A精密LCR测试仪对HfO2薄膜的表面形貌、微观结构、组成成分、光学特性和电学特性进行了分析。得出了以下结论：HfO2薄膜表面较为平坦致密,晶粒大小均匀,晶粒尺寸大部分在10nm~20nm之间;薄膜为多晶结构,O和Hf的原子比接近2:1,且随着氩氧比的增加,O和Hf的原子比呈上升趋势;薄膜在400nm~800nm波长范围内光的透射率都在85%以上,折射率都在2.0以上;漏电流较小,介电常数在16以上。高介电HfO2材料适合代替传统SiO2做栅介质材料。

关键词: HfO2, 薄膜, 磁控溅射, 介电常数

Abstract: HfO2 thin films were prepared on Si and quartz wafers by magnetron sputtering. SEM, XRD, XPS, UV-visible spectrophotometer and HP4284A precision LCR tester were used to study the surface morphology, microstructure, composition, optical properties and electrical properties of HfO2 thin film. The main conclusions were as followsthe surface of HfO2 thin film prepared by magnetron sputtering method is flat and dense with uniform grain size. The grain size is mostly between 10nm~20 nm. The thin film has a polycrystalline structure and a monoclinic crystal structure. The atomic ratio of O and Hf approached 21, and the atomic ratio of O and Hf increased with increase of the ratio of argon to oxygen. The transmittance is above 85% in the wavelength range of 400nm-800 nm, and the refractive index is above 2.0. The thin film has a small leakage current and a dielectric constant of 16 or more. High dielectric HfO2 material is suitable to replace traditional SiO2 as gate dielectric material.

Key words: HfO2, thin film, magnetron sputtering, dielectric constant

中图分类号: 

  • TN304
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