溅射法制备氧化钽薄膜开题报告

1. 研究目的与意义

目前，微电子产业的主流技术仍是硅基CMOS技术，然而随着集成度的提高，晶体管特征尺寸的按比例缩小SiO2栅厚度的减薄是有物理极限的，保证SiO2完整带隙结构的最小厚度为0.7 nm，也就是说在理论上达到这个临界点之前，SiO2仍然能够保持很好的绝缘性，尽管报道的1.4nm SiO2栅介质可达到10年的可靠性要求，但这种超薄氧化物潜在的隧穿电流器件失效问题将随着SiO2厚度的进一步减薄而变得更加严重。同时，对于栅厚度小于2nm的SiO2，还存在着严重的针孔问题和从多晶硅穿越SiO2到沟道的硼扩散，为了解决这问题，使IC产业可持续发展，人们正积极研究比SiO2介电常数更大的称为高介电材料的绝缘介质。这是解决电路进一步集成化所引起系列问题的一种非常有效的途径。采用高介电常数的材料，在保证对沟道有相同控制能力的情况下，增加栅介质的物理厚度，由此可减小栅电极与沟道间的直接隧穿电流，大大降低栅介质层承受的电场强度。因此研究性能好，成本适宜，利于规模化生产的高介电常数绝缘介质材料是今后微电子技术研究的热点之一，氧化钽由于其具有较高的介电常数，低的漏电流密度，高的击穿电压、以及与目前的硅工艺相兼容等优点，一直被认为是SiO2最好的替代品之一。

2. 研究内容和预期目标

氧化钽薄膜具有良好的光学性能，绝缘性能和机械性能和介电性能，在微电子和材料表面改性领域获得广泛应用，如用作栅介质或绝缘隔离层。本课题要求学生调研氧化钽薄膜的具体应用和制备方法，并利用溅射法制备出氧化钽薄膜和进行相关性能测试。具体要求如下：

1.通过调研了解氧化钽薄膜的制备方法和应用情况；

2.学习离子束溅射法制备薄膜材料的原理和相关设备的应用；

3. 研究的方法与步骤

以高纯Ta2O5为靶材，以Ar为溅射气体，O2作为反应气体，用离子束溅射法在n型衬底上制备氧化钽薄膜。薄膜制备的主要工艺参数为：本底真空6x10^-4Pa,工作气压1.6Pa,溅射电压1KV，工作电流0.16A，衬底温度0到400度，用台阶仪测得样品厚度，然后分别在400度和900度退火30min。采用D/MAX2200 VPC XRD衍射仪分析Ar：O2比和退火温度对薄膜结构和结晶性能的影响。对所测的XRD谱用该仪器的分析软件JADE软件包进行标定。用ESCALAB 250 X射线光电子能谱仪分析薄膜中的O/Ta原子比，以研究制备符合化学配比的Ta2O5的最佳Ar：O2比。而用于介电谱的分析样品，以石英为衬底制备成石英Ta/Ta2O5/Ta平板电容器结构，采用HP 4192阻抗分析仪测量Ta2O5薄膜的介电性能。

4. 参考文献

1. 半导体物理学，刘恩科等，西安交通大学出版社，1998年10月第1版。

22.半导体制造技术，~ michael quirk (作者), julian serda (作者), 海潮和 (合著者), 徐秋霞 (合著者), 等 (合著者), 韩郑生 (译者)电子工业出版社; 第1版，2009年。

3.禹庆荣, 陈特超.离子束溅射制备的氧化钽层的绝缘特性[j].微细加工技术，2002，（4），58-60.。

5. 计划与进度安排

第七学期 2022.11.19 与导师见面，导师介绍毕业论文总体情况，布置查阅文献资料任务；

1周：2022年2月22日-2月26 导师下达毕业论文任务书，导师再次讲授所选论文题目的状况和要求等；

2—3周：2022年2月29日-3月11日 完成开题报告，指导教师修改和审定学生论文开题报告；