非晶SrTiO-%2c3-纳米薄膜退火处理方法研究.pdf

2898 功能材料 2004 年增刊(35)卷
非晶 SrTiO3 纳米薄膜退火处理方法的研究

黄文,孙小峰,蒋书文,张鹰,李言荣
(电子科技大学, 微电子与固体电子学院, 四川成都 610054)

摘要:用激光脉冲沉积技术(PLD),以 N 型(100) 均匀等厚(~100nm)的非晶STO薄膜样品。将样品
Si 为基底在 300℃下制备 100nm 非晶 STO 薄膜,分切分成若干份分别用快速退火(RTA),常规退火(CFA)
别用常规退火(CFA),快速退火(RTA)以及激光诱以及激光诱导晶化(LIC)使其结晶。其中RTA在日
导晶化(LIC)处理将其转化多晶薄膜,用 XRD 测定本ULVAC公司产RTP-6薄膜快速热处理系统中进行,
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薄膜相组分和结晶质量,用 AFM 观测薄膜表面微结升温速率50℃/s,保温时间1min,×10 PaO2。
构。比较不同工艺退火对薄膜结晶品质的影响并阐述 CFA在传统的石英管式炉中进行升温速率20℃/min,
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了各自形核结晶的机理。保温时间30min,气氛 ×10 Pa O2。LIC诱导激光源
关键词:SrTiO3 薄膜;退火处理;界面形态;晶化采用德国LAMBDA PHYSIK公司生产的KrF准分子激
中图分类号: 文献标识码:A 光器,脉冲激光波长248nm,脉冲宽度为30ns,激光
文章编号:1001-9731(2004)增刊-2898-04 能量密度为90mJ/cm2,激光脉冲频率6Hz,光斑尺寸
3mm×3mm,在大气环境下晶化。晶化处理后用TP-83
引言
1 型椭偏仪测膜厚,相结构和结晶品质用Philips公司
X’pert-XRD标定。膜表面形貌用SPM(SPA300HV,
室温下 SrTiO3 的介电常数εr 超过 300ε0 是最有潜
日本SEIKO仪器公司)的AFM模式观察。100nm非晶
力取代 SiO2 作为 DRAM 中信息存储的高-k 介电质之
薄膜的光透过率用- 透射率测试仪测试。
一[1]。STO 薄膜作为一类重要的功能性薄膜材料,因 STO U V754
其所具有的介电、光电等特性常被用在存储器以及光 3 实验结果与讨论
电器件方面[1,2],又因其在微波频段低损耗又被制作
成于可调电容广泛应用于谐振器,滤波器等微波电路 结构与相组分
和器件当中[3]。为了将 STO 成功与 Si 大规模集成电图 1 为 STO 薄膜分别经 CFA750℃30min,
路集成,其薄膜的生长动力和晶化机理已成为当今介 RTA750℃1min 以及 LIC90mJ/cm2 900 个激光脉冲
质材料的研究热点。薄膜介电性能与薄膜结晶品质, (180s)退火处理的 XRD 衍射图。与未晶化 STO 薄
界面状态紧密相关,而退火处理实现了薄膜非晶态到膜样品的衍射图相比,经过退火的样品结晶良好形成
晶态的转变是薄膜制备过程中关键工艺之一。目前常厚度约 100nm 的 STO 多晶薄膜。根据 XRD 图谱可
用的退火工艺有常规退火(conventional fire annealing 见 CFA 退火样品结晶最好,晶粒发育充分。利用 XRD
CFA