Abstract
摘 要 本論文是利用低壓化學氣相沉積法來製作動態隨機存取記憶 體應用之高介電常數(Ta2O5)1-x-(TiO2)x薄膜，研究重點包括(Ta2O5)1-x-(TiO2)x薄膜在不同優選方向性之介電特性，探討MIS和MIM電容結構下薄膜之特性以及底電極之選擇。 在薄膜優選方向性的控制與介電特性上，選用不同的電極材料可以控制氧化鉭薄膜晶粒的成長方向。在Ru電極上的氧化鉭薄膜結晶後晶粒可形成強烈的(001)優選方向，且介電常數高達80~100，但其優選方向性會受到熱處理氣氛及薄膜中TiO2添加之影響。在氧充足的環境下較易形成；當氧不足或薄膜存在TiO2時較不易形成。而在LaNiO3電極上的氧化鉭薄膜結晶後晶粒可形成強烈的(100)優選方向，介電常數約為50，但其優選方向性會受到底電極和薄膜中TiO2添加之影響。當LaNiO3電極在高溫分解時，或薄膜中含有TiO2時較不易形成。另外，在Pt/Ti電極上的(Ta2O5)0.92-(TiO2)0.08薄膜之介電常數可達90左右。 MIS電容結構下厚度約120 Ao 的(Ta2O5)0.92-(TiO2)0.08比Ta2O5薄膜有更高的介電常數(可提高30﹪以上)與更佳的漏電流特性。兩者之漏電流機制在中、高電場下為Poole-Frenkel emission，而在更高的電場下則為穿隧效應所主導。此外，(Ta2O5)0.92-(TiO2)0.08薄膜內含有兩種不同能障高度的捕獲中心，分別為1.02 eV及0.76 eV；而Ta2O5薄膜內捕獲中心的能障高度則為0.78 eV。 在底電極的研究上，除了W(N)在RTN 800℃會分解成W外，其餘W、TiW、W(N)、TiW(N)、TiN/Ti及TaN/Ta等電極的熱穩定性均佳。而抗氧化性則以TiW(N)、TiN/Ti、TaN/Ta和TiW電極較佳，可承受600℃的熱處理條件，其次是W(N)，而W電極的抗氧化能力最差。 不同的熱處理條件會影響到薄膜內碳、氧原子的濃度，進而影響到其漏電流特性。實驗結果顯示N2O比O2的電漿退火更能有效消除碳原子和補充氧原子；而電漿退火的溫度、電漿功率和熱處理時間均會影響到薄膜的漏電流特性。不同底電極也會影響到氧化鉭薄膜的漏電流大小，結果顯示在TaN/Ta和TiN/Ti電極上有較低的漏電流，而在Ru、W(N)、TiW(N)和TiW電極上的漏電流較大；此外，非結晶的氧化鉭薄膜比結晶的薄膜有較低的漏電流。 在漏電流機制的特性上，MIM電容結構下的非晶質氧化鉭薄膜在中、高電場下的漏電流機制為Schottky emission；而結晶後氧化鉭薄膜之漏電流機構則為Poole-Frenkel emission。