薄膜厚度对蒸发制备Cu膜内应力的影响

文章采用电子薄膜应力分布测试仪 ,对薄膜厚度随 Cu膜内应力的变化进行了研究。同时用 X射线衍射 ( XRD)技术测量分析了薄膜的微结构以及 Cu膜的微结构对其应力的影响。研究结果表明 :随着薄膜厚度的增加 ,蒸发制备的 Cu膜内应力由张应力变为压应力 ,压力差也逐渐减小 ,且内应力分布随膜厚的增加趋于均匀 ,Cu膜结晶明显 ,晶粒逐渐长大     

Cu2S阻性存储薄膜的制备及开关特性研究

采用脉冲激光沉积（PLD）方法于室温下在Pt/TiO2/SiO2/Si（111）及高导电的Si（111）衬底上制备了Cu2S固体电解质薄膜,后经X-射线衍射、原子力显微技术对薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征.通过400℃退火的Cu2S薄膜在Pt/TiO2/SiO2/Si（111）衬底上取向生长,而在高导电性Si（111）衬底上则无取向生长.最好用聚焦离子束刻蚀技术及PLD方法制备了Cu/Cu2S/Pt及Cu/Cu2S/Si（111）记忆单元,这些记忆单元都显示了较好的电阻开关特性,但是在不同衬底上制备的记忆元的＂关态＂与＂开态＂的电阻比表现出较大的差异,这些差异被归结为非反应电极与Cu2S薄膜间的不同界面性质所致.     

SiO2/Ta界面反应及其对Cu扩散的影响

利用磁控溅射方法在表面有SiO2层的Si基层上溅射Ta薄膜，采用X射线光电子能谱研究了SiO2/Ta界面以及Ta5Si3标准样品，并进行计算机谱图拟合分析，实验结果表明在制备态在SiO2/Ta界面处有更稳定的化合物新相Ta5Si3和Ta2O5生成，在采用Ta作阻挡层的ULSI铜互连结构中这些反应产物可能有利于对Cu扩散的阻挡。     

Si/SiO2/p-Si结构的电学特性

用射频磁控溅射法在p-Si衬底上制备了Si/SiO2薄膜,利用Au/(Si/SiO2)/p-Si结构的I-V特性曲线对其电学特性进行了分析。结果表明,样品具有很好的整流作用,起整流作用的势垒存在于(Si/SiO2)/p-Si界面附近。     

钢基体电沉积Cu、Ni膜的残余应力及其在线测量

采用电沉积法在碳素钢基片上分别沉积Cu膜和Ni膜,用数码相机拍摄沉积不同膜厚时基片的弯曲状况,并上传到计算机计算出薄膜内的平均残余应力及分布残余应力.结果表明:Cu膜和Ni膜的平均残余应力和分布残余应力均为拉应力;当膜厚较小时(0.5 ～ 3 μm),Cu膜的平均残余应力和分布残余应力随膜厚的增加急剧降低,随着膜厚的进一步增加两种残余应力都趋于稳定;Ni膜的平均残余应力随着膜厚的增加而增加,分布残余应力总体趋势是随着膜厚的增加而增加.由实验结果可以认为Cu膜内的界面应力为拉应力而Ni膜内的界面应力为压应力,与基于Thomas-Fermi-Dirac-Cheng (TFDC) 电子理论的判断结果一致.     

Si_（83）Ge_（17）/Si压应变衬底上HfAlO_x栅介质薄膜微结构、界面反应和介电性能研究

本文研究了射频磁控溅射沉积在p-Si83Ge17/Si（100）压应变衬底上HfAlOx栅介质薄膜的微结构及其界面反应,表征了其各项电学性能,并与相同制备条件下沉积在p-Si（100）衬底上薄膜的电学性能进行了对比研究.高分辨透射电子显微镜观测与X射线光电子能谱深度剖析表明600°C高温退火处理后,HfAlOx薄膜仍保持非晶态,但HfOx纳米微粒从薄膜中分离析出,并与扩散进入膜内的Ge,Si原子发生界面反应生成了富含Ge原子的HfSiOx和HfSix的混合界面层.相比在相同制备条件下沉积在Si（100）衬底上的薄膜样品,Si83Ge17/Si（100）衬底上薄膜的电学性能大幅提高：薄膜累积态电容增加,有效介电常数增大（～17.1）,平带电压减小,？1V栅电压下漏电流密度J减小至1.96×10？5A/cm2,但电容-电压滞后回线有所增大.Si83Ge17应变层抑制了低介电常数SiO2界面层的形成,从而改善了薄膜大部分电学性能;但混合界面层中的缺陷导致薄膜界面捕获电荷有所增加.     

利用不同沉积温度和衬底控制压电/压磁异质结的磁电耦合系数

以生长在不同电极衬底:MgO,c-sapphire,a-sapphire,Si上的钙钛矿PbTiO3(PTO)/Terfenol-D压电/压磁异质结为例,利用唯象热力学理论研究了热应力对压电/压磁异质结磁电耦合效应的影响.计算结果表明,铁电薄膜内的热应力强烈依赖于薄膜沉积温度与衬底、薄膜之间热膨胀系数的差异,而热应力又显著影响磁电耦合性能.对于热膨胀系数大于薄膜材料的衬底,如MgO,铁电薄膜内的热应力为压应力,导致压电/压磁异质结的磁电电压系数增强;对于热膨胀系数小于薄膜材料衬底,如c-sapphire,a-sapphire,Si,铁电薄膜内热应力为拉应力,导致压电/压磁异质结的磁电电压系数减小.研究提出了通过改变沉积温度以及选择合适衬底来调控压电/压磁异质结磁电耦合效应的新思路,为工程上增强压电/压磁异质结磁电耦合性能提供了新的途径.     

Cu块材及Cu膜的光学常数研究

用反射式动态椭圆偏振光谱技术对Cu块材、Cu薄膜及Cu厚膜的光学常数进行了测试分析。研究结果表明:与Roberts块材、Johnson厚膜数据相比,不同方法得到Cu的光学常数在谱线形状上基本相似,但在数值上存在一定差别;在波长为250～830nm范围内,Cu块材和膜的折射率n与消光系数k分别在0.1～1.5和1.5～5.0之间;随膜厚增加,n值增大,k值减小;厚膜的n、k值与块材的更为接近。同时讨论了光学常数与微结构的关系。     

溅射偏压对Cu膜屈服强度的影响

用高真空磁控溅射在Si片上沉积纯Cu膜,通过纳米压入实验得到薄膜硬度和弹性模量,模型和数值计算相结合得到薄膜屈服强度.结果表明溅射偏压对薄膜屈服强度影响较大,可以使薄膜在比较厚的情况下得到和数百纳米厚的薄膜相似的高屈服强度.其主要原因是溅射偏压改变了薄膜的晶粒取向和晶粒尺寸.     

高密度等离子体增强非平衡磁控溅射沉积Cu膜研究

采用直流非平衡磁控溅射射频等离子体增强电高法在Si衬底上沉积了Cu膜,用扫描电镜（SEM）研究了沉积Cu膜的表面形貌并测得薄膜的厚度,用X射线衍射（XRD）研究了沉积Cu膜的结构,用电子能谱等对Cu膜进行了成分分析．实验结果表明,在该条件下沉积的Cu膜致密,晶粒尺度在100～1000nm,膜基界面比较紧密,没有明显的空洞,并且Cu膜呈（111）织构．通过实验,找到沉积Cu膜的最佳实验参数,并希望这一工艺能应用在集成电路中．     

PZT／SiO_2／Si界面的XPS分析

采用ＳＯＬ－ＧＥＬ工艺在ＳｉＯ２／Ｓｉ衬底上制备了铁电薄膜，对ＰＺＴ／ＳｉＯ２／Ｓｉ结构进行了ＸＰＳ分析，结果表明，在ＰＺＴ铁电薄膜和硅衬底之间加ＳｉＯ２使Ｆ／Ｓ界面得到了改善．     

纳米二氧化硅/硅异质结的表面光伏特性

采用溶胶 -凝胶法在P型单晶硅的表面镀上一层纳米二氧化硅薄膜 ,应用表面光电压谱 (SPS)、漫反射光谱 (DRS)和傅里叶红外光谱 (FTIR)研究其室温下的光伏、光吸收特性 .结果表明 :在单晶硅表面镀上一层纳米二氧化硅薄膜后 ,漫反射吸收系数F(R)比单晶硅提高了约 5 0 % ,相应的光电压信号提高了约两个数量级 .在 40 0～ 80 0℃热处理温度范围内随着温度的升高 ,纳米复合材料SiO2 /Si的光伏效应增强 ,红外光谱中的Si-O键振动吸收峰降低 ,二氧化硅薄膜中欠氧状态加剧 .     

射频磁控溅镀掺杂铜对钛酸锌薄膜中相变化及微结构的影响

探讨了ZnTiO3薄膜掺杂Cu元素对于薄膜性质、相变化与微结构之影响.实验是在一定温度下以射频磁控溅镀系统将铜沉积于ZnTiO3陶瓷靶上,控制沉积于ZnTiO3陶瓷靶上铜含量之后,再沉积掺杂铜的钛酸锌薄膜于SiO2/Si基板上.成长出来的薄膜经由ESCA分析得知铜的质量分数分别为0.84%、2.33%和2.84%.从XRD分析常温下掺杂Cu的ZnTiO3薄膜为非晶质态,经过600℃退火后,ZnTiO3薄膜则由非晶质态转变成Zn2Ti3O8结晶相,而未掺杂铜的ZnTiO3薄膜在600℃退火时并没有结晶相产生.ZnTiO3薄膜经过900℃退火后,Zn2Ti3O8相分解成Zn2TiO4相和TiO2相,且ZnTiO3晶格常数因为Cu离子置换至Zn离子的位置有变小的趋势.由TEM分析证实Cu离子与Zn离子的置换,导致晶格应变产生双晶缺陷.经由XRD、SEM和TEM分析得知掺杂太多的铜会抑制TiO2相的生成,而随着过多的Cu析出,晶体平均晶粒慢慢变小晶格应变也随之降低,以致晶格常数回复往原来晶格常数方向趋近.     

Characterization of ultrathin SiO 2/Si interface grown by low temperature plasma oxidation

Ultrathin SiO 2 layers on Si (100) wafers were prepared by plasma oxidation at a low temperature (250℃). The analyses of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and TEM reveal that the chemical composition of the oxide layer is stoichiometric SiO 2 and the SiO 2/Si interface is abrupt. The thickness of the ultrathin oxide layer obtained from XPS, capacitance-voltage (C-V) and ellipsometry measurements indicate a nonlinear time dependence. The high frequency C-V characterization of MOS structure shows that the fixed charge density in SiO 2 film is about 10 11 cm -2 . It is also shown that the strength of breakdown electrical field of SiO 2 film with 6 nm thickness is of the order of 10 6 Vcm -1 . These properties of the ultrathin SiO 2 layer ensure its application in silicon quantum devices.     

集成电路钝化层薄膜的纳米力学性质研究

利用等离子体增强化学气相淀积工艺在P型单晶硅（111）衬底上制备了厚度为70、150、450nm的SiO2薄膜和100、170、220nm的Si3N4薄膜,并使用纳米压入仪对薄膜进行了纳米力学测试与分析．薄膜在不同载荷下的硬度和弹性模量计算采用Oliver-Pharr方法．在测量两种薄膜的硬度时没有发现压痕尺寸效应．SiO2薄膜的弹性模量与压入深度的依赖关系不明显,但与薄膜厚度的依赖关系较明显,薄膜厚度的增加将导致弹性模量显著减小,而Si3N4的弹性模量与薄膜厚度的依赖关系不明显,但与压入深度的依赖关系较明显,会随着压入深度的增加而逐渐增加到某一定值．     

SiO2/Ta interface reaction in magnetic multilayers and its influence on Ta buffer layers

Ta is often used as a buffer layer in magnetic multilayers. In this study, Ta/Ni81Fe19/Ta multilayers were deposited by magnetron sputtering on sing-crystal Si with a 300-nm-thick SiO2 film. The composition and chemical states at the interface region of SiO2/Ta were studied using the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and peak decomposition technique. The results show that there is an "intermixing layer" at the SiO2/Ta interface due to a thermodynamically favorable reaction: 15 SiO2 + 37 Ta = 6 Ta2O5 + 5 Ta5Si3. Therefore, the Ta buffer layer thickness used to induce NiFe (111) texture increases.     

Fe/Cu纳米多层薄膜中内应力对其力学性能的影响

利用直流磁控溅射方法制备了Fe/Cu纳米多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、薄膜应力分布测试仪和纳米压痕技术研究了不同周期结构Fe/Cu纳米多层薄膜的内应力及其纳米力学性能.在Fe/Cu纳米多层薄膜中,由于铁和铜的结构和本征性能的差异,形成多层膜结构后存在张应力,其张应力在周期T=10时达到910.08 MPa,对应的纳米硬度为12.3 GPa.随着多层薄膜调制周期数T的增加而内应力逐渐降低,纳米硬度和弹性模量随着张应力缓释也出现下降.根据纳米薄膜内应力对其力学性能的影响,探讨了内应力与薄膜纳米力学性能的相关性.