穿透式電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscope, TEM )量測分

接著針對有或無氮化鋯結構，在 850 ℃高溫快速熱退火後，利用穿透 式電子顯微鏡所拍攝的切片圖。圖 4.29 為有氮化鋯結構下所拍攝出來的切 面 圖 ，圖 中 的 數字 1 到 5， 是 利 用 能 量 散 射光 譜 儀(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)，針對那五個位置，去做該位置的成份分析，如表 4.4。

圖 4.30 是將圖 4.29 放大後的切面圖，圖的右下角為矽基板，由於矽基板為 單晶矽，很明顯的可以看出規律的晶格排列。往左上角移動，一條灰色結構 為製程下所產生的原生氧化矽(native Si oxide layer)。接著位於圖 4.30 中間的 結構，為本次實驗所沉積的薄膜結構。從圖片上來看，圖中間的結構，層與 層之間沒有很明顯的分界線，所以從表 4.4 去看，雖然結構成份比例有不同，

但其實可以看得出來高溫製程下有產生的擴散現象，導致結構上沒有太明顯 的分界線。

圖4.29 有氮化鋯結構，RTA溫度850 ℃，TEM的切面圖，EDS分析1到5

圖4.30 有氮化鋯結構，RTA溫度850 ℃，TEM的切面圖(放大) 表4.4 氮化鋯結構下，RTA溫度850 ℃，對圖4.29五個點EDS成份分析

1(%) 2(%) 3(%) 4(%) 5(%) O - 31.26 31.2 35.64 35.44 Si 100 68.74 10.65 5.75 3.48

Y - - 22.56 16.66 9.08

Zr - - 17.43 16.81 13.70

Ti - - 18.16 25.14 35.44

圖 4.31 為沒有氮化鋯結構，在 850 ℃高溫快速熱退火後，利用穿透式 電子顯微鏡所拍攝的切片圖，一樣針對五個位置去做 EDS 的成份分析。圖 4.32 為圖 4.31 放大後所拍攝的切面圖，圖右下角為矽基板，再過來的灰白 色結構。比起圖 4.30 的灰白色結構，明顯的晶格排列有點混亂，所以由表 4.5 去看點 2 的成份分析，發現到在點 2 釔和鈦的含量各有 11%左右。而圖 4.32 中間的結構為沉積的薄膜結構，一樣沒有發現很明顯的分界線。所以從

表 4.5 去觀察，原本點 3 和點 4 應該是氧化釔和氧化釔摻鋯的結構，卻發現 到高達 30 多百分比的鈦原子。

圖4.31 無氮化鋯結構，RTA溫度850 ℃，TEM的切面圖，EDS分析1到5

圖4.32 無氮化鋯結構下，RTA溫度850 ℃，TEM的切面圖(放大)

表4.5 無氮化鋯結構，RTA 溫度850 ℃，對圖4.31五個點EDS成份分析 1(%) 2(%) 3(%) 4(%) 5(%) O - 19.56 15.37 25.89 31.46 Si 100 57.86 13.53 12.93 21.75 Y - 11.05 29.92 14.04 7.94

Zr - - 9.58 8.91 4.35

Ti - 11.53 31.6 38.23 34.49 從表 4.4 和表 4.5 去比較兩著結構上的差異，可以看出鈦和矽有明顯的 擴散。從點 3 到點 5 來分析，有氮化鋯層時的鈦比例為 18.16%、25.14%、

35.44%；但沒有氮化鋯層時，鈦比例卻在三個位置都差不多，都在 30%左右。

再看矽含量的比例，兩個在點 5 的位置，沒有氮化鋯層時的矽含量，高達 21.75%。但不論在哪個結構，在氧化釔和氧化釔摻鋯這兩層，皆有鈦的成份。

而鈦電極的部分，最少也還有 3.48%的矽含量，所以雖然氮化鋯有減少擴散 的產生，但 1.5 nm 的厚度，似乎還是有點不足。

這邊可以看到鈦電極的部分，氧的比例是很高的，代表其實鈦電極已經 變成二氧化鈦電極，變成了一個高介電係數的材料。

從所拍攝的切面圖也可以明顯的看出，在所沉積的薄膜部分，有明顯的 陣列組織，那就代表薄膜在高溫製程下，確實開始有些許的結晶產生。