1、微电子学与固体电子学专业优秀论文 BaSrTiO薄膜的磁增强反应离子刻蚀工艺研究关键词：BST 薄膜 MERIE 工艺 CF4/Ar/O2 等离子体 后期退火 等离子体诱导损伤 化学位移 电学性能摘要：采用磁增强反应离子刻蚀(MERIE)技术，在射频功率为 80 W、总气体流量速率为 50 sccm 和本底真空度优于 0.1 Pa 等工艺参数保持不变的情况下，通过改变 CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;气体的混合比率对 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;TiOlt;,3gt;(BST)薄膜进行刻蚀。由于某些反应产物(如 BaFlt;,xgt;和SrFlt;,ygt
2、;)的挥发性低，BST 薄膜在CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;等离子体中的刻蚀特征是以Arlt;#39;+gt;和CFlt;,3gt;lt;#39;+gt;的物理溅射占主导地位，而活性氟基粒子的化学刻蚀和其他离子辅助的化学反应则位居其次。 掠角 X 射线衍射(GAXRD)的分析表明，刻蚀后的 BST 表面上附着有一无定形态的钝化层，而亚表面及其内部仍然由 BST 晶粒所填充。X 射线衍射(XRD)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 BST (100)、(110)、(200)和(211)等衍射峰的强度减弱而半高峰宽(FWHM)展宽。和刻蚀前相比，刻蚀后位于 236 cmlt;#39
3、;-1gt; Alt;,1gt;(TOlt;,1gt;、290 cmlt;#39;-1gt; Blt;,1gt;，E(TO+LO)、519 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(TOlt;,2gt;)，E(TO)和 734 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(LO)，E(LO)处的拉曼峰分别发生了 7、6、4 和 4 cmlt;#39;-1gt;的拉曼红移，且各个拉曼峰的 FWHM 均变窄，相应声子的寿命得以延长。 X 射线光电子能谱(XPS)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 Ba 3dlt;,5/2gt;、Ba3dlt;,3/2gt;、Sr 3dlt;,5/2gt;、
4、Sr 3dlt;,3/2gt;、Ti 2plt;,3/2gt;、Ti 2plt;,1/2gt;和 O 1s 光电子峰往高结合能端分别发生了 1.31、1.30、0.60、0.79、0.09、0.46 和 0.50 ev 的化学位移。刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 表面所拟合的化学式分别为 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;Tilt;,0.97gt;Olt;,2.86gt;、Balt;,0.70gt;Srlt;,0.30gt;Tilt;,0.24gt;Olt;,1.39gt;和 Balt;,0.68gt;Srlt;,0.32gt;Tilt;,0.95gt;Olt;,2
5、.74gt;；根据电中性原理可求得相应 Tilt;#39;x+gt;的平均化合价分别为+3.84、+3.25 和+3.66。 在测试频率为 100 kHz 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 薄膜的介电常数和介电损耗分别为 419、316、371、0.018、0.039 和 0.031。在外加偏压 Vlt;,Biasgt;为 25V 时，上述情形下的 BST 薄膜的介电可调率、优值、剩余极化(2Pr)和矫顽电压(2Vc)分别为 18.38、11.27、17.25、10.21、2.89、5.65、3.62 C/cmlt;#39;2gt;、1.35 C/cmlt;#39;2gt;、1.9
6、8C/cmlt;#39;2gt;、5.15 V、1.34 V 和 2.15 V。 当 Vlt;,Biasgt;=10 V 时，刻蚀后的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,2gt;=4.5310lt;#39;-5gt; A/cmlt;#39;2gt;)比刻蚀前的约大两个数量级(Jlt;,1gt;=4.6910lt;#39;-7gt; A/cmlt;#39;2gt;)，而刻蚀后再退火的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,3gt;=6.5810lt;#39;-6gt; A/cmlt;#39;2gt;)有所减小，但仍然比刻蚀前的大。在不同的外加偏压下，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 Pt/BST
7、/Pt/Ti/SiOlt;,2gt;/Si 电容器内部起主导作用的导电机制不同。当 0lt;Vlt;,Biasgt;lt;1.53 V 时，J-V 曲线符合欧姆导电机制。当 4.59 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;10.2 V 时，logJ-logV 曲线符合空间电荷限制电流(SCLC)模型。当 10.71 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;25 V 或-25Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;-10.71 V 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 电容器的漏电流密度主要受 BST/Pt 或 Pt/BST 界面处肖特基势垒高度的限制，lnJ-Vlt;#39;1/2gt;或
8、 lnJ-Vlt;#39;1/2gt;曲线符合肖特基发射模型。正文内容采用磁增强反应离子刻蚀(MERIE)技术，在射频功率为 80 W、总气体流量速率为 50 sccm 和本底真空度优于 0.1 Pa 等工艺参数保持不变的情况下，通过改变 CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;气体的混合比率对 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;TiOlt;,3gt;(BST)薄膜进行刻蚀。由于某些反应产物(如 BaFlt;,xgt;和SrFlt;,ygt;)的挥发性低，BST 薄膜在CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;等离子体中的刻蚀特征是以Arlt;#39;+gt;和CF
9、lt;,3gt;lt;#39;+gt;的物理溅射占主导地位，而活性氟基粒子的化学刻蚀和其他离子辅助的化学反应则位居其次。 掠角 X 射线衍射(GAXRD)的分析表明，刻蚀后的 BST 表面上附着有一无定形态的钝化层，而亚表面及其内部仍然由 BST 晶粒所填充。X 射线衍射(XRD)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 BST (100)、(110)、(200)和(211)等衍射峰的强度减弱而半高峰宽(FWHM)展宽。和刻蚀前相比，刻蚀后位于 236 cmlt;#39;-1gt; Alt;,1gt;(TOlt;,1gt;、290 cmlt;#39;-1gt; Blt;,1gt;，E(TO+LO)、
10、519 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(TOlt;,2gt;)，E(TO)和 734 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(LO)，E(LO)处的拉曼峰分别发生了 7、6、4 和 4 cmlt;#39;-1gt;的拉曼红移，且各个拉曼峰的 FWHM 均变窄，相应声子的寿命得以延长。 X 射线光电子能谱(XPS)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 Ba 3dlt;,5/2gt;、Ba3dlt;,3/2gt;、Sr 3dlt;,5/2gt;、Sr 3dlt;,3/2gt;、Ti 2plt;,3/2gt;、Ti 2plt;,1/2gt;和 O 1s 光电子峰往高结合能端分别
11、发生了 1.31、1.30、0.60、0.79、0.09、0.46 和 0.50 ev 的化学位移。刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 表面所拟合的化学式分别为 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;Tilt;,0.97gt;Olt;,2.86gt;、Balt;,0.70gt;Srlt;,0.30gt;Tilt;,0.24gt;Olt;,1.39gt;和 Balt;,0.68gt;Srlt;,0.32gt;Tilt;,0.95gt;Olt;,2.74gt;；根据电中性原理可求得相应 Tilt;#39;x+gt;的平均化合价分别为+3.84、+3.25 和+3.66。 在测试
12、频率为 100 kHz 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 薄膜的介电常数和介电损耗分别为 419、316、371、0.018、0.039 和 0.031。在外加偏压 Vlt;,Biasgt;为 25V 时，上述情形下的 BST 薄膜的介电可调率、优值、剩余极化(2Pr)和矫顽电压(2Vc)分别为 18.38、11.27、17.25、10.21、2.89、5.65、3.62 C/cmlt;#39;2gt;、1.35 C/cmlt;#39;2gt;、1.98C/cmlt;#39;2gt;、5.15 V、1.34 V 和 2.15 V。 当 Vlt;,Biasgt;=10 V 时，刻蚀后
13、的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,2gt;=4.5310lt;#39;-5gt; A/cmlt;#39;2gt;)比刻蚀前的约大两个数量级(Jlt;,1gt;=4.6910lt;#39;-7gt; A/cmlt;#39;2gt;)，而刻蚀后再退火的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,3gt;=6.5810lt;#39;-6gt; A/cmlt;#39;2gt;)有所减小，但仍然比刻蚀前的大。在不同的外加偏压下，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 Pt/BST/Pt/Ti/SiOlt;,2gt;/Si 电容器内部起主导作用的导电机制不同。当 0lt;Vlt;,Biasgt;lt;1.53
14、V 时，J-V 曲线符合欧姆导电机制。当 4.59 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;10.2 V 时，logJ-logV 曲线符合空间电荷限制电流(SCLC)模型。当 10.71 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;25 V 或-25Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;-10.71 V 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 电容器的漏电流密度主要受 BST/Pt 或 Pt/BST 界面处肖特基势垒高度的限制，lnJ-Vlt;#39;1/2gt;或 lnJ-Vlt;#39;1/2gt;曲线符合肖特基发射模型。采用磁增强反应离子刻蚀(MERIE)技术，在射频功率为 80 W、总气
15、体流量速率为 50 sccm 和本底真空度优于 0.1 Pa 等工艺参数保持不变的情况下，通过改变 CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;气体的混合比率对 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;TiOlt;,3gt;(BST)薄膜进行刻蚀。由于某些反应产物(如 BaFlt;,xgt;和SrFlt;,ygt;)的挥发性低，BST 薄膜在CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;等离子体中的刻蚀特征是以Arlt;#39;+gt;和CFlt;,3gt;lt;#39;+gt;的物理溅射占主导地位，而活性氟基粒子的化学刻蚀和其他离子辅助的化学反应则位居其次。 掠角 X 射线衍射
16、(GAXRD)的分析表明，刻蚀后的 BST 表面上附着有一无定形态的钝化层，而亚表面及其内部仍然由 BST 晶粒所填充。X 射线衍射(XRD)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 BST (100)、(110)、(200)和(211)等衍射峰的强度减弱而半高峰宽(FWHM)展宽。和刻蚀前相比，刻蚀后位于 236 cmlt;#39;-1gt; Alt;,1gt;(TOlt;,1gt;、290 cmlt;#39;-1gt; Blt;,1gt;，E(TO+LO)、519 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(TOlt;,2gt;)，E(TO)和 734 cmlt;#39;-1gt;Alt;,
17、1gt;(LO)，E(LO)处的拉曼峰分别发生了 7、6、4 和 4 cmlt;#39;-1gt;的拉曼红移，且各个拉曼峰的 FWHM 均变窄，相应声子的寿命得以延长。 X 射线光电子能谱(XPS)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 Ba 3dlt;,5/2gt;、Ba3dlt;,3/2gt;、Sr 3dlt;,5/2gt;、Sr 3dlt;,3/2gt;、Ti 2plt;,3/2gt;、Ti 2plt;,1/2gt;和 O 1s 光电子峰往高结合能端分别发生了 1.31、1.30、0.60、0.79、0.09、0.46 和 0.50 ev 的化学位移。刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST
18、 表面所拟合的化学式分别为 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;Tilt;,0.97gt;Olt;,2.86gt;、Balt;,0.70gt;Srlt;,0.30gt;Tilt;,0.24gt;Olt;,1.39gt;和 Balt;,0.68gt;Srlt;,0.32gt;Tilt;,0.95gt;Olt;,2.74gt;；根据电中性原理可求得相应 Tilt;#39;x+gt;的平均化合价分别为+3.84、+3.25 和+3.66。 在测试频率为 100 kHz 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 薄膜的介电常数和介电损耗分别为 419、316、371、0.018、0
19、.039 和 0.031。在外加偏压 Vlt;,Biasgt;为 25V 时，上述情形下的 BST 薄膜的介电可调率、优值、剩余极化(2Pr)和矫顽电压(2Vc)分别为 18.38、11.27、17.25、10.21、2.89、5.65、3.62 C/cmlt;#39;2gt;、1.35 C/cmlt;#39;2gt;、1.98C/cmlt;#39;2gt;、5.15 V、1.34 V 和 2.15 V。 当 Vlt;,Biasgt;=10 V 时，刻蚀后的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,2gt;=4.5310lt;#39;-5gt; A/cmlt;#39;2gt;)比刻蚀前的约大两个数
20、量级(Jlt;,1gt;=4.6910lt;#39;-7gt; A/cmlt;#39;2gt;)，而刻蚀后再退火的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,3gt;=6.5810lt;#39;-6gt; A/cmlt;#39;2gt;)有所减小，但仍然比刻蚀前的大。在不同的外加偏压下，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 Pt/BST/Pt/Ti/SiOlt;,2gt;/Si 电容器内部起主导作用的导电机制不同。当 0lt;Vlt;,Biasgt;lt;1.53 V 时，J-V 曲线符合欧姆导电机制。当 4.59 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;10.2 V 时，logJ-logV 曲线符合空间
21、电荷限制电流(SCLC)模型。当 10.71 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;25 V 或-25Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;-10.71 V 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 电容器的漏电流密度主要受 BST/Pt 或 Pt/BST 界面处肖特基势垒高度的限制，lnJ-Vlt;#39;1/2gt;或 lnJ-Vlt;#39;1/2gt;曲线符合肖特基发射模型。采用磁增强反应离子刻蚀(MERIE)技术，在射频功率为 80 W、总气体流量速率为 50 sccm 和本底真空度优于 0.1 Pa 等工艺参数保持不变的情况下，通过改变 CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2
22、gt;气体的混合比率对 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;TiOlt;,3gt;(BST)薄膜进行刻蚀。由于某些反应产物(如 BaFlt;,xgt;和SrFlt;,ygt;)的挥发性低，BST 薄膜在CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;等离子体中的刻蚀特征是以Arlt;#39;+gt;和CFlt;,3gt;lt;#39;+gt;的物理溅射占主导地位，而活性氟基粒子的化学刻蚀和其他离子辅助的化学反应则位居其次。 掠角 X 射线衍射(GAXRD)的分析表明，刻蚀后的 BST 表面上附着有一无定形态的钝化层，而亚表面及其内部仍然由 BST 晶粒所填充。X 射线衍射(XRD
23、)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 BST (100)、(110)、(200)和(211)等衍射峰的强度减弱而半高峰宽(FWHM)展宽。和刻蚀前相比，刻蚀后位于 236 cmlt;#39;-1gt; Alt;,1gt;(TOlt;,1gt;、290 cmlt;#39;-1gt; Blt;,1gt;，E(TO+LO)、519 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(TOlt;,2gt;)，E(TO)和 734 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(LO)，E(LO)处的拉曼峰分别发生了 7、6、4 和 4 cmlt;#39;-1gt;的拉曼红移，且各个拉曼峰的 FWHM 均变
24、窄，相应声子的寿命得以延长。 X 射线光电子能谱(XPS)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 Ba 3dlt;,5/2gt;、Ba3dlt;,3/2gt;、Sr 3dlt;,5/2gt;、Sr 3dlt;,3/2gt;、Ti 2plt;,3/2gt;、Ti 2plt;,1/2gt;和 O 1s 光电子峰往高结合能端分别发生了 1.31、1.30、0.60、0.79、0.09、0.46 和 0.50 ev 的化学位移。刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 表面所拟合的化学式分别为 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;Tilt;,0.97gt;Olt;,2.86gt;、Balt
25、;,0.70gt;Srlt;,0.30gt;Tilt;,0.24gt;Olt;,1.39gt;和 Balt;,0.68gt;Srlt;,0.32gt;Tilt;,0.95gt;Olt;,2.74gt;；根据电中性原理可求得相应 Tilt;#39;x+gt;的平均化合价分别为+3.84、+3.25 和+3.66。 在测试频率为 100 kHz 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 薄膜的介电常数和介电损耗分别为 419、316、371、0.018、0.039 和 0.031。在外加偏压 Vlt;,Biasgt;为 25V 时，上述情形下的 BST 薄膜的介电可调率、优值、剩余极化(2Pr
26、)和矫顽电压(2Vc)分别为 18.38、11.27、17.25、10.21、2.89、5.65、3.62 C/cmlt;#39;2gt;、1.35 C/cmlt;#39;2gt;、1.98C/cmlt;#39;2gt;、5.15 V、1.34 V 和 2.15 V。 当 Vlt;,Biasgt;=10 V 时，刻蚀后的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,2gt;=4.5310lt;#39;-5gt; A/cmlt;#39;2gt;)比刻蚀前的约大两个数量级(Jlt;,1gt;=4.6910lt;#39;-7gt; A/cmlt;#39;2gt;)，而刻蚀后再退火的 BST 薄膜的漏电流密度
27、(Jlt;,3gt;=6.5810lt;#39;-6gt; A/cmlt;#39;2gt;)有所减小，但仍然比刻蚀前的大。在不同的外加偏压下，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 Pt/BST/Pt/Ti/SiOlt;,2gt;/Si 电容器内部起主导作用的导电机制不同。当 0lt;Vlt;,Biasgt;lt;1.53 V 时，J-V 曲线符合欧姆导电机制。当 4.59 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;10.2 V 时，logJ-logV 曲线符合空间电荷限制电流(SCLC)模型。当 10.71 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;25 V 或-25Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;
28、-10.71 V 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 电容器的漏电流密度主要受 BST/Pt 或 Pt/BST 界面处肖特基势垒高度的限制，lnJ-Vlt;#39;1/2gt;或 lnJ-Vlt;#39;1/2gt;曲线符合肖特基发射模型。采用磁增强反应离子刻蚀(MERIE)技术，在射频功率为 80 W、总气体流量速率为 50 sccm 和本底真空度优于 0.1 Pa 等工艺参数保持不变的情况下，通过改变 CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;气体的混合比率对 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;TiOlt;,3gt;(BST)薄膜进行刻蚀。由于某些反应产物(
29、如 BaFlt;,xgt;和SrFlt;,ygt;)的挥发性低，BST 薄膜在CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;等离子体中的刻蚀特征是以Arlt;#39;+gt;和CFlt;,3gt;lt;#39;+gt;的物理溅射占主导地位，而活性氟基粒子的化学刻蚀和其他离子辅助的化学反应则位居其次。 掠角 X 射线衍射(GAXRD)的分析表明，刻蚀后的 BST 表面上附着有一无定形态的钝化层，而亚表面及其内部仍然由 BST 晶粒所填充。X 射线衍射(XRD)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 BST (100)、(110)、(200)和(211)等衍射峰的强度减弱而半高峰宽(FWHM)展宽。和
30、刻蚀前相比，刻蚀后位于 236 cmlt;#39;-1gt; Alt;,1gt;(TOlt;,1gt;、290 cmlt;#39;-1gt; Blt;,1gt;，E(TO+LO)、519 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(TOlt;,2gt;)，E(TO)和 734 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(LO)，E(LO)处的拉曼峰分别发生了 7、6、4 和 4 cmlt;#39;-1gt;的拉曼红移，且各个拉曼峰的 FWHM 均变窄，相应声子的寿命得以延长。 X 射线光电子能谱(XPS)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 Ba 3dlt;,5/2gt;、Ba3dlt;
31、,3/2gt;、Sr 3dlt;,5/2gt;、Sr 3dlt;,3/2gt;、Ti 2plt;,3/2gt;、Ti 2plt;,1/2gt;和 O 1s 光电子峰往高结合能端分别发生了 1.31、1.30、0.60、0.79、0.09、0.46 和 0.50 ev 的化学位移。刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 表面所拟合的化学式分别为 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;Tilt;,0.97gt;Olt;,2.86gt;、Balt;,0.70gt;Srlt;,0.30gt;Tilt;,0.24gt;Olt;,1.39gt;和 Balt;,0.68gt;Srlt;,0.
32、32gt;Tilt;,0.95gt;Olt;,2.74gt;；根据电中性原理可求得相应 Tilt;#39;x+gt;的平均化合价分别为+3.84、+3.25 和+3.66。 在测试频率为 100 kHz 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 薄膜的介电常数和介电损耗分别为 419、316、371、0.018、0.039 和 0.031。在外加偏压 Vlt;,Biasgt;为 25V 时，上述情形下的 BST 薄膜的介电可调率、优值、剩余极化(2Pr)和矫顽电压(2Vc)分别为 18.38、11.27、17.25、10.21、2.89、5.65、3.62 C/cmlt;#39;2gt;、
33、1.35 C/cmlt;#39;2gt;、1.98C/cmlt;#39;2gt;、5.15 V、1.34 V 和 2.15 V。 当 Vlt;,Biasgt;=10 V 时，刻蚀后的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,2gt;=4.5310lt;#39;-5gt; A/cmlt;#39;2gt;)比刻蚀前的约大两个数量级(Jlt;,1gt;=4.6910lt;#39;-7gt; A/cmlt;#39;2gt;)，而刻蚀后再退火的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,3gt;=6.5810lt;#39;-6gt; A/cmlt;#39;2gt;)有所减小，但仍然比刻蚀前的大。在不同的外加偏压下
34、，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 Pt/BST/Pt/Ti/SiOlt;,2gt;/Si 电容器内部起主导作用的导电机制不同。当 0lt;Vlt;,Biasgt;lt;1.53 V 时，J-V 曲线符合欧姆导电机制。当 4.59 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;10.2 V 时，logJ-logV 曲线符合空间电荷限制电流(SCLC)模型。当 10.71 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;25 V 或-25Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;-10.71 V 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 电容器的漏电流密度主要受 BST/Pt 或 Pt/BST 界面处肖特基势垒高
35、度的限制，lnJ-Vlt;#39;1/2gt;或 lnJ-Vlt;#39;1/2gt;曲线符合肖特基发射模型。采用磁增强反应离子刻蚀(MERIE)技术，在射频功率为 80 W、总气体流量速率为 50 sccm 和本底真空度优于 0.1 Pa 等工艺参数保持不变的情况下，通过改变 CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;气体的混合比率对 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;TiOlt;,3gt;(BST)薄膜进行刻蚀。由于某些反应产物(如 BaFlt;,xgt;和SrFlt;,ygt;)的挥发性低，BST 薄膜在CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;等离子体中的刻蚀
36、特征是以Arlt;#39;+gt;和CFlt;,3gt;lt;#39;+gt;的物理溅射占主导地位，而活性氟基粒子的化学刻蚀和其他离子辅助的化学反应则位居其次。 掠角 X 射线衍射(GAXRD)的分析表明，刻蚀后的 BST 表面上附着有一无定形态的钝化层，而亚表面及其内部仍然由 BST 晶粒所填充。X 射线衍射(XRD)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 BST (100)、(110)、(200)和(211)等衍射峰的强度减弱而半高峰宽(FWHM)展宽。和刻蚀前相比，刻蚀后位于 236 cmlt;#39;-1gt; Alt;,1gt;(TOlt;,1gt;、290 cmlt;#39;-1gt;
37、 Blt;,1gt;，E(TO+LO)、519 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(TOlt;,2gt;)，E(TO)和 734 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(LO)，E(LO)处的拉曼峰分别发生了 7、6、4 和 4 cmlt;#39;-1gt;的拉曼红移，且各个拉曼峰的 FWHM 均变窄，相应声子的寿命得以延长。 X 射线光电子能谱(XPS)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 Ba 3dlt;,5/2gt;、Ba3dlt;,3/2gt;、Sr 3dlt;,5/2gt;、Sr 3dlt;,3/2gt;、Ti 2plt;,3/2gt;、Ti 2plt;,1/2gt
38、;和 O 1s 光电子峰往高结合能端分别发生了 1.31、1.30、0.60、0.79、0.09、0.46 和 0.50 ev 的化学位移。刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 表面所拟合的化学式分别为 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;Tilt;,0.97gt;Olt;,2.86gt;、Balt;,0.70gt;Srlt;,0.30gt;Tilt;,0.24gt;Olt;,1.39gt;和 Balt;,0.68gt;Srlt;,0.32gt;Tilt;,0.95gt;Olt;,2.74gt;；根据电中性原理可求得相应 Tilt;#39;x+gt;的平均化合价分别为+3.
39、84、+3.25 和+3.66。 在测试频率为 100 kHz 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 薄膜的介电常数和介电损耗分别为 419、316、371、0.018、0.039 和 0.031。在外加偏压 Vlt;,Biasgt;为 25V 时，上述情形下的 BST 薄膜的介电可调率、优值、剩余极化(2Pr)和矫顽电压(2Vc)分别为 18.38、11.27、17.25、10.21、2.89、5.65、3.62 C/cmlt;#39;2gt;、1.35 C/cmlt;#39;2gt;、1.98C/cmlt;#39;2gt;、5.15 V、1.34 V 和 2.15 V。 当 Vlt
40、;,Biasgt;=10 V 时，刻蚀后的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,2gt;=4.5310lt;#39;-5gt; A/cmlt;#39;2gt;)比刻蚀前的约大两个数量级(Jlt;,1gt;=4.6910lt;#39;-7gt; A/cmlt;#39;2gt;)，而刻蚀后再退火的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,3gt;=6.5810lt;#39;-6gt; A/cmlt;#39;2gt;)有所减小，但仍然比刻蚀前的大。在不同的外加偏压下，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 Pt/BST/Pt/Ti/SiOlt;,2gt;/Si 电容器内部起主导作用的导电机制不同。当 0lt;
41、Vlt;,Biasgt;lt;1.53 V 时，J-V 曲线符合欧姆导电机制。当 4.59 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;10.2 V 时，logJ-logV 曲线符合空间电荷限制电流(SCLC)模型。当 10.71 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;25 V 或-25Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;-10.71 V 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 电容器的漏电流密度主要受 BST/Pt 或 Pt/BST 界面处肖特基势垒高度的限制，lnJ-Vlt;#39;1/2gt;或 lnJ-Vlt;#39;1/2gt;曲线符合肖特基发射模型。采用磁增强反应离子刻蚀(MER
42、IE)技术，在射频功率为 80 W、总气体流量速率为 50 sccm 和本底真空度优于 0.1 Pa 等工艺参数保持不变的情况下，通过改变 CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;气体的混合比率对 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;TiOlt;,3gt;(BST)薄膜进行刻蚀。由于某些反应产物(如 BaFlt;,xgt;和SrFlt;,ygt;)的挥发性低，BST 薄膜在CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;等离子体中的刻蚀特征是以Arlt;#39;+gt;和CFlt;,3gt;lt;#39;+gt;的物理溅射占主导地位，而活性氟基粒子的化学刻蚀和其他离子辅助的
43、化学反应则位居其次。 掠角 X 射线衍射(GAXRD)的分析表明，刻蚀后的 BST 表面上附着有一无定形态的钝化层，而亚表面及其内部仍然由 BST 晶粒所填充。X 射线衍射(XRD)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 BST (100)、(110)、(200)和(211)等衍射峰的强度减弱而半高峰宽(FWHM)展宽。和刻蚀前相比，刻蚀后位于 236 cmlt;#39;-1gt; Alt;,1gt;(TOlt;,1gt;、290 cmlt;#39;-1gt; Blt;,1gt;，E(TO+LO)、519 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(TOlt;,2gt;)，E(TO)和 734
44、 cmlt;#39;-1gt;Alt;,1gt;(LO)，E(LO)处的拉曼峰分别发生了 7、6、4 和 4 cmlt;#39;-1gt;的拉曼红移，且各个拉曼峰的 FWHM 均变窄，相应声子的寿命得以延长。 X 射线光电子能谱(XPS)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 Ba 3dlt;,5/2gt;、Ba3dlt;,3/2gt;、Sr 3dlt;,5/2gt;、Sr 3dlt;,3/2gt;、Ti 2plt;,3/2gt;、Ti 2plt;,1/2gt;和 O 1s 光电子峰往高结合能端分别发生了 1.31、1.30、0.60、0.79、0.09、0.46 和 0.50 ev 的化学位移。
45、刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 表面所拟合的化学式分别为 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;Tilt;,0.97gt;Olt;,2.86gt;、Balt;,0.70gt;Srlt;,0.30gt;Tilt;,0.24gt;Olt;,1.39gt;和 Balt;,0.68gt;Srlt;,0.32gt;Tilt;,0.95gt;Olt;,2.74gt;；根据电中性原理可求得相应 Tilt;#39;x+gt;的平均化合价分别为+3.84、+3.25 和+3.66。 在测试频率为 100 kHz 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 薄膜的介电常数和介电损耗分别为
46、 419、316、371、0.018、0.039 和 0.031。在外加偏压 Vlt;,Biasgt;为 25V 时，上述情形下的 BST 薄膜的介电可调率、优值、剩余极化(2Pr)和矫顽电压(2Vc)分别为 18.38、11.27、17.25、10.21、2.89、5.65、3.62 C/cmlt;#39;2gt;、1.35 C/cmlt;#39;2gt;、1.98C/cmlt;#39;2gt;、5.15 V、1.34 V 和 2.15 V。 当 Vlt;,Biasgt;=10 V 时，刻蚀后的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,2gt;=4.5310lt;#39;-5gt; A/cmlt
47、;#39;2gt;)比刻蚀前的约大两个数量级(Jlt;,1gt;=4.6910lt;#39;-7gt; A/cmlt;#39;2gt;)，而刻蚀后再退火的 BST 薄膜的漏电流密度(Jlt;,3gt;=6.5810lt;#39;-6gt; A/cmlt;#39;2gt;)有所减小，但仍然比刻蚀前的大。在不同的外加偏压下，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 Pt/BST/Pt/Ti/SiOlt;,2gt;/Si 电容器内部起主导作用的导电机制不同。当 0lt;Vlt;,Biasgt;lt;1.53 V 时，J-V 曲线符合欧姆导电机制。当 4.59 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;10.2
48、V 时，logJ-logV 曲线符合空间电荷限制电流(SCLC)模型。当 10.71 Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;25 V 或-25Vlt;Vlt;,Biasgt;lt;-10.71 V 时，刻蚀前和刻蚀后以及刻蚀后再退火的 BST 电容器的漏电流密度主要受 BST/Pt 或 Pt/BST 界面处肖特基势垒高度的限制，lnJ-Vlt;#39;1/2gt;或 lnJ-Vlt;#39;1/2gt;曲线符合肖特基发射模型。采用磁增强反应离子刻蚀(MERIE)技术，在射频功率为 80 W、总气体流量速率为 50 sccm 和本底真空度优于 0.1 Pa 等工艺参数保持不变的情况下，通过改变
49、CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;气体的混合比率对 Balt;,0.65gt;Srlt;,0.35gt;TiOlt;,3gt;(BST)薄膜进行刻蚀。由于某些反应产物(如 BaFlt;,xgt;和SrFlt;,ygt;)的挥发性低，BST 薄膜在CFlt;,4gt;/Ar/Olt;,2gt;等离子体中的刻蚀特征是以Arlt;#39;+gt;和CFlt;,3gt;lt;#39;+gt;的物理溅射占主导地位，而活性氟基粒子的化学刻蚀和其他离子辅助的化学反应则位居其次。 掠角 X 射线衍射(GAXRD)的分析表明，刻蚀后的 BST 表面上附着有一无定形态的钝化层，而亚表面及其内部仍然由 BST 晶粒所填充。X 射线衍射(XRD)的分析表明，和刻蚀前相比，刻蚀后的 BST (100)、(110)、(200)和(211)等衍射峰的强度减弱而半高峰宽(FWHM)展宽。和刻蚀前相比，刻蚀后位于 236 cmlt;#39;-1gt; Alt;,1gt;(TOlt;,
