Abstract
本論文是利用射頻磁控濺鍍法，以二氧化鈦粉末燒結而成的靶材，鍍製二氧化鈦薄膜電容器。電容器結構為MIM，上下電極均為白金。文中首先探討濺鍍時間、工作壓力、Ar/O2比、濺鍍功率、及基板溫度等鍍膜參數的改變對薄膜結晶行為、微觀結構以及介電性質的影響。XRD分析顯示二氧化鈦薄膜在低溫下為非晶質組成。隨著基板溫度的上升，整個薄膜逐漸轉變為Rutile相的結構，相轉變溫度約在400~500℃。薄膜中Rutile(tetragonal結構)的指向為(110)方向，最高的介電常數介於90(a軸指向)與189(c軸指向)之間。實驗可得知最佳的鍍膜參數為Ar/O2=60/40，鍍膜功率70~140W，工作壓力10mtorr情況下濺鍍2小時。可以得到均勻性良好的二氧化鈦薄膜。介電常數值為85左右。在電場100kV/cm時，漏電流密度為為1E-9A/cm2。第二部分探討的是靶材中添加低電阻Al2O3及Mn2O3粉末，探討對鍍製出的二氧化鈦薄膜結晶性及電性影響。發現主要的影響在於介電常數及漏電流性質方面。添加Mn2O3 及Al2O3都會降低一些薄膜的介電常數，在電場100kV/cm下，摻雜1% Mn2O3的薄膜電流密度為1E-5A/cm2。添加1%的Al2O3的薄膜仍可維持在1E-9A/cm2。繼續過量添加，雖然散逸因子繼續降低，但漏電流開始增大，薄膜電性變差。第三部份探討下電極Ti的擴散對二氧化鈦薄膜性質的影響。實驗以Pt/TiN/Ti及Pt/Ti兩種基板加以比較，同時以高濺鍍功率（140W）鍍製薄膜。結果發現Rutile結晶性在Pt/Ti基板上較好，介電常數較高。Pt/TiN/Ti基板的漏電流性質不及Pt/Ti基板，電場在100kV/cm時漏電流密度約為1E-5A/cm2，高於濺鍍在Pt/Ti基板上的1E-6A/cm2。最後一部份探討的是N2O氣體500℃電漿熱退火對二氧化鈦薄膜的影響。結果發現退火後介電常數下降、漏電流上升2-3個次方，薄膜電性劣化，代表熱處理的效果不佳，今後應以較低溫、長時間熱處理來改善其電性。