Abstract
近幾年來,由於動態隨機存取記憶體的集成度不斷地增大與元件尺寸的縮小, 因此,電容器可用的面積也就不斷地減少,而動態隨機存取記憶體所儲存的電荷,需要維持在150fC左右不能再減少.為了維持電容值不至於減少,過去解決此問題的辦法是減少二氧化矽介電層的厚度,但當厚度減少到低於5nm時,則開始有穿隧的漏電流出現,為了解決這個問題,本實驗將對動態隨機記憶元件上的電容做進一步的改善,以達到高儲存電荷及高可靠度的要求.使用磁控濺鍍機濺鍍PZT薄膜於Si/SiO2/Ti/Pt之上做成M-I-M結構的電容器,並對其做物性,電性,與可靠性方面的研究.物性方面,本實驗包括:(1)X-ray繞射圖案分析(2)掃描式電子顯微鏡 (3)二次離子質譜儀縱深分佈(SIMS)分析與討論.這些檢測可以得知薄膜膜成長的優劣.電性方面,400nm的PZT薄膜在100KHz時的介電常數為540,在外加電壓為8V時,其DRAM極化量為21uC/cm2.而薄膜的漏電機理,由實驗所得,在低場時其J=kEa關係式的a值為0.8 8,為歐姆傳導,在高場時a質為9.6,為深捕獲能階的空間電荷限制電流.可靠性方面,400nm的PZT薄膜在單極方波測試下,其操作到零DRAM極化量時的容忍反轉數為10E+11反轉數.經疲乏與數個電性參數有關的量測結果顯示,其疲乏的機理為因微小龜裂所造成的. 600nm PZ薄膜在定電壓測下,可透過電流電壓的關係式為空間電荷限制電流,由高場的生命期(20V~30V)去預測低場(5V)時的生命期為2xE+7秒.極具潛力, 另外鐵電材料的電滯曲線在電場為零時, 存在兩種不同方向的極化強度, 可作為非揮發性記憶元件儲存資料的零與壹, 動態隨機存取記憶體在操作時,應用時儲存電荷密度的足夠與否是我們所關心的問題。觀察電場－極化強度圖中極化強度最大值與殘留極化差值可推得儲存電荷密度的變化量, 然而此變化量是由輸入低頻信號時所量得電場－極化場－極化強度圖是我們所要探討的問題。第四章是電性的量測結果, 包含短時間的電流與時間量測, 長時間的電流與時間量測及電場－極化強度量測與探討, 藉由短時間的電流與時間量測結果, 我們獲得電流對時間的積分值與電場－極化強度圖的關係, 由此關係可推測出高頻信號時的電場－極化強度圖隨輸入信號頻率的變化情形。另外也根據長時間的電流對時間圖和電流對電壓圖與電場對極化強度圖, 觀察出電流在輸入電壓增加時隨時間變化的成因。