Üstün dielektrik özelliklere sahip ince HfO2 filmlerin büyütmeye eş zamanlı spektroskopik elipsometrik saçtırma yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Saçtırma (sputtering) sistemi tekniği kullanılarak, in-situ spektroskopik elipsometre ile kontrollü vakum ortamında, Si pulu üzerine HfO2 filminin kontrollü olarak büyütülmesi gerçekleştirilmiştir. Büyütülen oksit tabakaları çeşitli tanı ve analiz teknikleri (Elipsometre, FTIR, XRD, XPS) ile incelenmiştir. Oksit film büyütme sartları, oksitin HfO2 moduna sahip olması durumu göz önünde bulundurularak çeşitli ölçüm tekniklerinden elde edilen sonuçlara göre incelenmiş ve saçtırma yöntemi ile film büyütme işleminin optimizasyonu yapılmıştır. Spektroskopik elipsometre (SE) aracılığıyla, büyütmeye es zamanlı olarak alınan film kalınlığının, kırılma indisi ve kompleks dielektrik sabitinin gerçel kısmının film büyütme zamanına göre değişimi incelenmiştir. FTIR kullanılarak, büyütülen filmdeki yapıların kimyasal bağları incelenilmiştir. XRD ile yapısal analizler elde edilmiştir. XPS tekniği ile filmin derinlik analizi gerçekleştirilmiştir. Yapısal ve optiksel açıdan en iyi özelliklere sahip örnekler kullanılarak Metal Oksit Yarıiletken (MOS) aygıtlar üretilmiş ve bu aygıtların elektriksel karakterizasyonu elde edilmiştir. ‘Üretim – karakterizasyon – büyüme koşullarının iyileştirilmesi’ döngüsü başarı ile kurulmuş olup şu sonuçlar elde edilmiştir: (a) En uygun oksitleme parametresi olarak kullandığımız en düşük O2/Ar gaz oranı, yani 0.1, ve uygulanan güç açısından 30-40 Watt belirlenmiştir. (b) SiO2 arayüz oluşumu tamamen engellenememiştir ve arayüzde HfSixOy arayüzü elde edilmiştir. (c) Yıgın (bulk) halindeki HfO2 malzemenin 632 nm de sahip olduğu 2.1 değerindeki kırılma indisi değerine oldukça yaklaşılmıştır.