Abstract
隨著半導體製程技術的快速發展，超大型積體電路元件有走向輕薄短小的 微電子系統的趨勢。驅使走向微電子系統的動力主要是積體電路元件的密 度與速度能夠持續不斷的成長，尤其是動態隨機存取記憶體更是居於領先 的地位。面對隨機存取記憶體密度要求的挑戰，未來引進高介電係數的介 電薄膜（如PZT薄膜）當作電容器的介電層是不可避免的趨勢。然而受限 於半導體製程技術，引進介電薄膜時，介電薄膜的厚度不能太厚。同時， 隨著鐵電薄膜厚度的降低，鐵電薄膜的鐵電性質會隨著改變（即尺寸效應 ），因而影響鐵電電容器儲存電荷密度，所以厚度亦不能太薄。本論文以 高週波磁控濺鍍被至鐵電性PZT薄膜，厚度由950nm至65.6nm，經快速退火 系統在750℃，120秒的情形下作退火處理。經X光繞射檢測發現，隨著厚 度的降低，呈相由鈣鈦礦逐漸轉由焦綠石相。此現象可能由於PZT薄膜的 成長，在白金表面會形成一層焦綠石相，鈣鈦礦再覆蓋於上。針對不同厚 度的PZT薄膜的鐵電電容器做電性量測發現，介電係數由775降至275，且 隨著頻率增加而下降。殘餘極化強度由7.5μC/cm2降至2.25μC/cm2。矯 頑電場則由18kV/cm增至92kV/cm。此現象可以以PZT薄膜內存在著一層低 介電常數的非鐵電層，造成串聯效應來解釋。而由RC電路量測，採用3.3k 歐姆模擬通道電阻，切換時間約為0.6μsec至1.2μsec，儲存電荷密度12 μC/cm2至2μC/cm2之間。漏電流密度由0.095μA/cm2至1.2μA/cm2，符 合64Mb以及 256Mb DRAM元件設計的要求。