非晶氟化碳薄膜热稳定性研究

摘要

以C4F8和CH4为源气体，在微波电子回旋共振等离子化学气相沉积(ECR-CVD)系统中，制备了氟化非晶碳薄膜(a-C：F)，并对其在N2中进行了退火处理。用椭圆偏振仪对退火前后的膜厚及折射率的变化进行了测量；用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、x射线光电子能谱(XPS)分析了薄膜中的基团和键结合态；制备了A1/a-C：F/Si金属．绝缘体．半导体(MIS)结构样品并测量了a-C：F薄膜的电学性能；使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的表面形貌。本文重点研究了微波功率、源气体流量比和退火温度对a-C：F薄膜的结构和热稳定性的影响，并考察了在N2气氛下热处理后a-C：F薄膜的结构和性质随退火温度的变化。 结果表明，随着微波功率的增加，CFX基团分解增多，引起膜中F含量逐渐降低，C含量升高，薄膜中的交联结构增多，热稳定性增强。增大源气体中CH4的比例，能够有更多的C原子参加成膜反应，得到更多的C-C交联结构，使薄膜的热稳定性增强。位于a-C：F薄膜交联结构末端的C-C结合态和CF3热稳定性较差，退火后易生成气态挥发物并导致a-C：F薄膜厚度减小。退火后a-C：F薄膜介电常数由于电子极化的减小和薄膜密度的增大而上升，固定电荷密度和界面态密度由于交联程度的增大和悬挂键数量的减小而下降。由于慢界面态的存在观察到C-V阻滞(Hysteresis)现象，退火后界面态密度减小，阻滞效应减弱。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1低k材料的研究背景和意义

1.2低介电常数材料研究现状及反展趋势

1.3氟化非晶碳低k薄膜材料

1.3.1氟化非晶碳薄膜的研究概况

1.3.2 a-C：F薄膜热稳定性研究概述

1.4本文的主要研究内容

第二章用微波ECR-CVD法制备a-C：F薄膜

2.1 ECR等离子体原理

2.1.1 ECR等离子体的工作原理

2.1.2电子在微波和磁场中的运用

2.1.3时变电磁场在等离子体中的

2.1.4等离子体中的微波能量吸收

2.2试验装置

2.3试验准备

2.3.1 a-C：F薄膜的制备

2.3.2测量分析方法

第三章ECR-CVD工艺参量对a-C：F薄膜的结构和性质的影响

3.1沉积速率

3.1.1椭偏仪测试原理

3.1.2 a-C：F薄膜沉积速率与微波功率的关系

3.1.3 a-C：F薄膜沉积速率与气体混合比R之间的关系

3.1.4 a-C：F薄膜折射率与气体混合比R之间的关系

3.2 a-C：F薄膜的原子力显微镜分析

3.2.1原子力显微镜的基本工作原理

3.2.2 a-C：F薄膜的AFM测试

3.3a-C：F薄膜的红外光谱分析

3.3.1红外光谱分析原理

3.3.2 a-C：F薄膜的红外光谱分析

3.4 a-C：F薄膜的X射线光电子能谱分析

3.4.1 X射线光电子能谱(XPS)原理

3.4.2 a-C：F薄膜的XPS谱图

3.5 a-C：F薄膜的电学性能

3.5.1 MIS结构

3.5.2 MIS结构的C-V特性

3.5.3 a-C：F薄膜的介电频谱

3.5.4源气体流量比R对介电常数的影响

3.5.5介质薄膜的电流机制

3.5.6 a-C：F薄膜的I-V特性分析

3.5.7源气体流量比R对I-V特性影响

第四章a-C：F薄膜的热稳定性研究

4.1退火前后膜厚的变化

4.1.1不同功率下制备的样品退火前后膜厚的变化

4.1.2不同源气体流量比R下制备的样品退火前后膜厚的变化

4.2 a-C：F薄膜的XPS分析

4.2.1不同微波功率下制备的a-C：F薄膜的XPS分析

4.2.2不同源气体流量比R下制备的a-C：F薄膜的XPS分析

4.2.3不同温度退火后a-C：F薄膜的XPS比较

4.3退火后a-C：F薄膜的SEM分析

4.4退火对a-C：F薄膜电学性能的影响

4.4.1退火对a-C：F薄膜介电性能的影响

4.4.2退火对a-C：F薄膜I-V特性的影响

第五章结论

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果