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電極後退火對電性的影響

第四章 結果與討論

4.5 薄膜材料電性分析

4.5.1 電極後退火對電性的影響

4.5.1.1 電極後退火對漏電流密度的影響 電極後退火對漏電流密度的影響 電極後退火對漏電流密度的影響 電極後退火對漏電流密度的影響

由圖 4.32 所示為電容結構之漏電流密度-電壓圖，高介電材料經 700

℃爐管退火後，鍍上上/下電極後，測量其漏電流退火前(a)以及經氮氣氛 下300℃電極退火 10min 後(b)之特性變化，可以發覺漏電流密度在經過 電極退火後，由10-7降到10-8左右，這可能是後退火處理改善了金屬與 氧化物間的缺陷所致，圖4.33 HfO2則取圖4.32 中 1V 的外加偏壓下的漏 電流密度作比較，亦可發現整體漏電流密度經電極退火後，漏電流密度 有下降的趨勢。

4.5.1.2 電極退火對電容 電極退火對電容 電極退火對電容-電壓 電極退火對電容 電壓 電壓(C-V)特性的影響 電壓 特性的影響 特性的影響 特性的影響

圖 4.34 HfO2爐管退火900℃，未經電極退火的 4.34(a)，其平帶電壓 大約偏移了-2.5V 左右，而經由氮氣氛下 300℃電極退火 10min 的 4.34(b) 中，平帶電壓大約只偏移-1.5V 左右，平帶電壓(flat band voltage,VFB)帶為 水準時，此時所外加的電壓稱平帶電壓，所儲存的總電荷為平帶電容值，

而在空乏情況下電容為空乏區半導體離子化的電荷所貢獻的電容與氧化 層電容互相串聯，串聯公式為：

( )

S OX

S

C

C C

1 1

1 = +

ψ

51

λn：德拜長度(extrinsic Debye lengths)；

2

q：1.6×10-19 ND：摻雜濃度

4.37(a)、Hf25, 圖 4.38(a)) 爐管退火在 1V 外加偏壓下的漏電流密度中，

各數值並無很大的差距，退火溫度越高，薄膜結晶性相對會提高，可能 會使漏電流有上升的趨勢，但溫度提高的狀態下，薄膜的緻密性提升與 介面層增厚則會使漏電流下降，這幾個因素互相影響下使得漏電流差異 並不會太大。氧化鉿(Hf100, 圖 4.35 (a))以及矽酸鉿(Hf75, 圖 4.36(b)、

Hf50, 圖 4.37(b)、Hf25, 圖 4.38(b)) RTA 退火在 1V 的漏電流密度中，可 以發現漏電流密度似乎有隨熱處理溫度增加而下降的趨勢，且大致看來 RTA 的漏電流密度會比爐管退火的漏電流密度低。

4.5.3 電容 電容 電容 電容-電壓特性曲線分析 電壓特性曲線分析 電壓特性曲線分析 電壓特性曲線分析

由 Angilent4294A 阻抗分析儀量測 C-V 曲線，量測時施加的電壓為±

5 V，掃瞄頻率為 100 kHz。

由於此部份數據較多，完整 CV 曲線放置在附錄，本章節只放置經 過整理的數據；圖中所顯示出來的電容特性，並沒有出現一定的規律，

推測的原因為薄膜製程尚未穩定，以致電容特性的變化並不規律。此外，

CV 曲線大多的遲滯方向呈現出順時針的狀態，原因可能在於給予 MIS 結構一個大的正電壓VG時，氧化層內金屬離子的汙染所引起的，移動離 子帶正電，所以給予+VG至-VG的電壓時，會移動至氧化層與基板間的介 面，所以會有一個負電壓的偏移量，而在-VG時，移動離子電荷會被吸引 至氧化層與閘極的介面，此即為可移動離子造成電滯曲線的效應。另外 一些曲線中有些許扭曲變形(smeared out)，則是可能與薄膜/基板間的介面 缺陷的存在有關。在圖4.39~4.42 為各成份比例薄膜，不同的退火方式以

53

及不同的熱處理溫度時，平帶電壓(flat band voltage,VFB) 隨鍍置層數的變 化，大致上當退火溫度提高，VFB有往電壓負的方向偏移，即越遠離理想 平帶電壓(大約為 0V)，以及以RTA 方式退火的曲線，其中以爐管退火方 式的Hf50 成份下，除 900℃以上外，為較良好的平帶電壓趨勢，大多較 接近0V。在圖4.43~4.46 為各成份薄膜，不同的退火方式以及不同熱處 理溫度時，記憶視窗(Memory Window)隨鍍置層數的變化，大致上薄膜 較薄的的試片的記憶視窗為較小，另外爐管退火方式也比RTA 方式為 小。在圖4.47 中為各組成試片的介電係數依不同退火方式以及層數的變 化圖(圖 4.47 (a)Hf100、(b)Hf75、(c)Hf50、(d)Hf25)，其仲介電常數值（κ）

之計算依下列公式。

由串連電容：

. .

1 1

1

L I ox on

Accumulati

C C

C = +

CAcc.為透過電容電壓特性曲線圖所量測到的聚積層電容值 Cox為介電層的電容值

CI.L.為介面層的電容值

所計算出來的介電常數值大約分佈在8 附近，但並無一定規律性，這是 電容特性不穩定所對應出來的結果，而成份Hf25 試片的介電常數值較低 於其他成份薄膜。

表4.1 XPS 分析 Hf100 經爐管退火後之成份比例

編號 Hf at% Si at% O at%

Hf100-f8-3 25.5 0.9 73.6 Hf100-f9-3 25.4 0.1 74.5 Hf100-f10-3 16 13.1 70.9 Hf100-f9-1 18.2 8.2 73.6 Hf100-f9-2 24.1 3.5 72.4 Hf100-f9-3 25.4 0.1 74.5 Hf100-f9-4 27.3 0.01 72.7 Hf100-f9-5 25.8 0.01 74.2

表4.2 XPS 分析不同比例矽酸鉿經爐管退火後 之組成變化

編號 Hf at% Si at% O at%

Hf100-f9-3 25.4 0.1 74.5 Hf75-f9-3 19.6 8.1 72.3 Hf50-f9-3 12 16 71.9 Hf25-f9-3 5.4 22.5 72

55

表4.3 XPS 分析 Hf100 經 RTA 退火後之成份比例

編號 Hf at% Si at% O at%

Hf100-R6-3 26 0.01 74 Hf100-R7-3 25.1 1.7 73.2 Hf100-R8-3 27.2 1.9 70.9 Hf100-R9-3 26.4 3.3 70.3 Hf100-R10-3 22.5 6.2 71.3 Hf100-R9-1 13.6 15.6 70.8 Hf100-R9-2 22.1 7.6 70.4 Hf100-R9-3 26.4 3.3 70.3 Hf100-R9-4 26.7 0.01 73.3 Hf100-R9-5 27.4 0.01 72.6

表4.4 XPS 分析 Hf75 經 RTA 退火後之成份比例

編號 Hf at% Si at% O at%

Hf75-R6-3 20.8 11.3 67.9 Hf75-R7-3 21 11 68 Hf75-R8-3 20.1 11.2 68.7 Hf75-R9-3 18.8 12 69.2 Hf75-R10-3 20.7 12.2 67.1 Hf75-R9-1 21.4 9.7 68.9 Hf75-R9-2 18.6 14.5 67 Hf75-R9-3 18.8 12 69.2 Hf75-R9-4 18.3 13.3 68.4 Hf75-R9-5 17.8 13.9 68.3

表4.5 XPS 分析 Hf50 經 RTA 退火後之成份比例

編號 Hf at% Si at% O at%

Hf50-R6-3 12.1 18.7 69.2 Hf50-R7-3 13.2 17.5 69.2 Hf50-R8-3 12 20.6 67.3 Hf50-R9-3 9.8 21.7 68.5 Hf50-R10-3 12 19.3 68.8 Hf50-R9-1 6.7 24.9 68.4 Hf50-R9-2 11.7 20.8 67.5 Hf50-R9-3 9.8 21.7 68.5 Hf50-R9-4 9.9 22.1 68 Hf50-R9-5 9.6 22.3 68.1

表4.6 XPS 分析 Hf25 經 RTA 退火後之成份比例

編號 Hf at% Si at% O at%

Hf25-R6-3 4.7 24.9 70.4 Hf25-R7-3 4.8 25 70.41 Hf25-R8-3 4.8 25.9 69.3 Hf25-R9-3 4.3 26.7 69 Hf25-R10-3 5.2 26.4 68.4

Hf25-R9-1 3.3 27.8 68.9 Hf25-R9-2 4.4 27.4 68.2 Hf25-R9-3 4.3 26.7 69 Hf25-R9-4 4.5 26.1 69.4 Hf25-R9-5 4.3 27.3 68.4

57

500 600 700 800 900 1000

0 5 10 15 20 25

T h ic k n e s s (n m )

T(

0

C)

HfO2 5Layer HfO2 4Layer HfO2 3Layer HfO2 2Layer HfO2 1Layer

圖4.1 Hf100 的厚度隨爐管退火溫度的變化

1 2 3 4 5

0 5 10 15 20 25

T h ic k n e s s (n m )

Layers

HfO2 f1000 HfO2 f900 HfO2 f800 HfO2 f700 HfO2 f600 HfO2 f500

圖4.2 Hf100 經爐管退火經後其厚度對於層數的關係圖

600 700 800 900 1000 0

5 10 15 20 25

T h ic k n e s s (n m )

T(

0

C)

HfO2 5layer HfO2 4layer HfO2 3layer HfO2 2layer HfO2 1layer

圖4.3 Hf100 的厚度隨 RTA 退火溫度的變化

1 2 3 4 5

0 5 10 15 20 25

T hi c k ne s s (nm )

Layers

HfO2 1000 HfO2 900 HfO2 800 HfO2 700 HfO2 600

圖4.4 Hf100 經 RTA 退火後其厚度對於層數的關係圖

59

1 2 3 4 5

RTA1000 RTA900 RTA800 RTA700 RTA600

圖4.8 Hf75 經 RTA 退火後其厚度對於層數的關係圖

61

RTA1000 RTA900 RTA800 RTA700 RTA600

圖4.9 Hf50 經 RTA 退火後其厚度對於層數的關係圖

RTA1000 RTA900 RTA800 RTA700 RTA600

圖4.10 Hf25 經 RTA 退火後其厚度對於層數的關係圖

500 600 700 800 900 1000 0

1 2 3 4 5 6

7 Furnace

T h ic k n e s s (n m )

T(

0

C)

Hf100 Hf75 Hf50 Hf25

圖4.11 薄膜經爐管退火後的介面層厚度(推測值)

600 700 800

0 1 2 3 4 5 6 7

RTA

T h ic k n e s s (n m )

T(

0

C)

Hf100 Hf75 Hf50 Hf25

圖4.12 薄膜經 RTA 退火後的介面層厚度(推測值)

63

20 25 30 35 40 45 50

_

M(111) HfO

2 ,furnace ,10000C M(111)

1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

Inte n s ity (a.u .)

2 theta (degrees)

圖4.13 不同厚度的 Hf100 經 1000℃爐管退火後的 X 光繞射圖

20 25 30 35 40 45 50

_ M(111) M(111) HfO

2 ,furnace ,5Layer

T(111)

5000C 6000C 7000C 8000C 9000C 10000C

Int en s ity (a .u .)

2 theta (degrees)

圖4.14 鍍覆五層之 Hf100 經不同溫度之爐管退火後的 X 光繞射圖

20 25 30 35 40 45 50 _

M(111)

HfO2 ,RTA ,10000C

M(111)

1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

In te ns it y( a .u .)

2 theta(degrees)

圖4.15 不同厚度的 Hf100 經 1000℃RTA 退火後的 X 光繞射圖

20 25 30 35 40 45 50

HfO2 ,RTA,5Layer

6000C 7000C 8000C 9000C 10000C M(111)

_ M(111)

In te ns ity (a.u .)

2 theta(degrees)

圖4.16 鍍覆五層之 Hf100 經不同溫度 RTA 退火後的 X 光繞射圖

65

20 25 30 35 40 45 50

HfxSi(1-x)O2 ,furnace ,10000C

Hf25-f10-5 Hf50-f10-5 Hf75-f10-5

Int en s ity (a .u .)

2 theta(degrees)

圖4.17 不同矽/鉿比例之矽酸鉿經 1000℃爐管退火後的 X 光繞射圖

20 25 30 35 40 45 50

HfxSi

1-xO

2 ,RTA 10000C

Hf25-R10-5 Hf50-R10-5 Hf75-R10-5 Hf100-R10-5 T HfO 2(111)

_ M HfO 2(111) M HfO 2(111)

2 theta(degrees)

In te n s it y( a .u .)

圖4.18 不同矽/鉿比例之矽酸鉿經 1000℃RTA 退火後的 X 光繞射圖

20 30 40 50

(a) _ M(111)

(020) Hf75

M(111)

2 theta(degrees)

20 25 30 35 40 45 50

2 theta(degrees)

20 25 30 35 40 45 50

2 theta(degrees)

圖4.19 薄膜經不同溫度之 RTA 退火後的 X 光繞射圖 (a) Hf75 (b) Hf50 (c) Hf25 。

67

10 15 20 25

(a) Hf100 Hf4f

f10-3 f9-3 f8-3

4f7/2

4f5/2

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

525 530 535 540

SiO2 HfO2

(b) Hf100 O1s

f10-3 f9-3 f8-3

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

95 100 105 110

(c) Hf100 Si2p

f8-3 f9-3 f10-3

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

圖4.20 Hf100 經不同溫度之爐管退火的 XPS 能譜圖 (a) Hf4f 能譜圖 (b)O1s 能譜圖(c)Si2p 能譜圖

10 15 20 25

Hf100 Hf4f (a)

4f5/2

4f7/2

f9-1 f9-2 f9-3 f9-4 f9-5

Intensity(a.u.)

Binding energy

525 530 535 540

SiO2 HfO2

Hf100 O1s (b)

f9-2f9-1 f9-3 f9-4

Intensity(a.u.) f9-5

Binding energy(eV)

95 100 105 110

Hf100 Si2p (C)

f9-5 f9-4

f9-3 f9-2

f9-1

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

圖4.21 不同厚度之 Hf100 經 900℃爐管退火的 XPS 能譜圖 (a) Hf4f 能譜 圖(b)O1s 能譜圖(c)Si2p 能譜圖

69

10 15 20 25

Hf100 Hf4f (a)

Binding energy(eV)

525 530 535 540

SiO2

HfO2 Hf100 O1s

(b)

R7-3R6-3 R8-3 R9-3 R10-3

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

95 100 105 110

Hf100 Si2p (c)

Binding energy(eV)

圖4.22 Hf100 經不同溫度之 RTA 退火的 XPS 能譜圖(a) Hf4f 能譜圖(b)O1s 能譜圖(c)Si2p 能譜圖

10 15 20 25

Hf100 Hf4f (a)

R9-1 R9-2 R9-3 R9-4 R9-5 4f5/2 4f7/2

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

525 530 535 540

SiO2

HfO2 Hf100 O1s

(b)

R9-1R9-2 R9-3 R9-4

Intensity(a.u.) R9-5

Binding energy(eV)

95 100 105 110

Hf100 Si2p (c)

R9-5 R9-4

R9-3

R9-2

R9-1

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

圖4.23 不同厚度之 Hf100 經 900℃RTA 退火的 XPS 能譜圖(a) Hf4f 能譜 圖(b)O1s 能譜圖(c)Si2p 能譜圖

71

10 15 20 25

(a) Hf4f furnace

Hf25-f9-3 Hf50-f9-3

Hf75-f9-3 Hf100-f9-3

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

525 530 535 540

SiO2

HfO2

(b) O1s furnace

Hf50-f9-3 Hf50-f9-3 Hf75-f9-3 Hf100-f9-3

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

95 100 105 110

(c) Si2p furnace

Hf75-f9-3 Hf100-f9-3

Hf50-f9-3 Hf25-f9-3

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

圖4.24 矽酸鉿(HfxSi1-xO2) 不同摻雜 Si 比例的 f9-3 爐管退火的 XPS 能譜 圖 (a) Hf4f 能譜圖(b)O1s 能譜圖(c)Si2p 能譜圖

12 16 20 24 28

(a)

4f5/2 4f7/2

Hf25-R9-3 Hf50-R9-3 Hf75-R9-3 Hf100-R9-3

Hf4f RTA

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

528 532 536 540

SiO2 HfO2

(b) O1s RTA

Hf25-R9-3 Hf75-R9-3

Hf50-R9-3 Hf100-R9-3

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

96 98 100 102 104 106 108 110

(c) Si2p RTA

Hf100-R9-3

Hf75-R9-3 Hf50-R9-3 Hf25-R9-3

Intensity(a.u.)

Binding energy(eV)

圖4.25 不同矽/鉿比例之矽酸鉿(HfxSi1-xO2) 經 900℃RTA 退火的 XPS 能譜圖(a) Hf4f 能譜圖(b)O1s 能譜圖(c)Si2p 能譜圖

73

Hf100-f8-3 Hf100-f9-3 Hf100-f10-3 16

f9-1 f9-2 f9-3 f9-4 f9-5

18

Hf100 Hf75 Hf50 Hf25 4

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

26 Hf at% f9-3

Si at%

H f a t%

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

S i a t%

圖4.27 不同矽/鉿比例之矽酸鉿薄膜經 900℃爐管退火的成份變化圖

75

R6-3 R7-3 R8-3 R9-3 R10-3

22

R9-1 R9-2 R9-3 R9-4 R9-5

12

R6-3 R7-3 R8-3 R9-3 R10-3 18

20 22

Hf at% Hf75 Si at%

H f a t%

11.0 11.2 11.4 11.6 11.8 12.0

(a)

12.2

S i a t%

R9-1 R9-2 R9-3 R9-4 R9-5

18 20 22

Hf at% Hf75 Si at%

H f a t%

10 12 14

(b)

S i a t%

圖4.29 不同厚度之 Hf75，經 RTA 退火後薄膜成份變化圖(a) 經不同溫度 退火之三層厚薄膜 (b) 經 900℃RTA 退火的不同厚度之薄膜

77

R6-3 R7-3 R8-3 R9-3 R10-3

10 12 14

Hf at% Hf50 Si at%

H f a t%

18 20 22

(a)

S i a t%

R9-1 R9-2 R9-3 R9-4 R9-5

6 8 10 12

Hf at% Hf50 Si at%

H f a t%

20 22 24 26

(b)

S i a t%

圖4.30 不同厚度之 Hf50，經 RTA 退火後薄膜成份變化圖(a) 經不同溫度 退火之三層厚薄膜 (b) 經 900℃RTA 退火的不同厚度之薄膜

R6-3 R7-3 R8-3 R9-3 R10-3 4.2

4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4

(a)

Hf at% Hf25

Si at%

H f a t%

24 26

S i a t%

R9-1 R9-2 R9-3 R9-4 R9-5

3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6

Hf25

Hf at%

Si at%

H f a t%

26 28

(b)

S i a t%

圖4.31 不同厚度之 Hf25，經 RTA 退火後薄膜成份變化圖(a) 經不同溫度 退火之三層厚薄膜 (b) 經 900℃RTA 退火的不同厚度之薄膜

79

V (volts)

Before Post anneal Hf100

V (volts)

After Post anneal Hf100

500 600 700 800 900 1000

Before Post anneal Hf100 +1V

1layer 2layer 3layer 4layer 5layer

500 600 700 800 900 1000

1E-10

After Post anneal Hf100 +1V

1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

圖4.33 經不同溫度爐管退火之 Hf100，在外加電壓為 1V 的漏電流密度 (a)電極退火前 (b)電極退火後

81

C a p a c it a n c e (p F )

Voltage (volts)

Before Post Anneal Hf100

C a p a c it a n c e ( p F )

Voltage (volts)

After Post Anneal Hf100

600 700 800 900 1000 1E-10

1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01

J (A /c m

2

)

T(

0

C)

Hf100 1V vs T0C 1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

圖4.35 經不同溫度 RTA 退火之 Hf100，在外加電壓為 1V 的漏電流密度

83

500 600 700 800 900 1000

1E-10

Hf75 1V furnace

1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

600 700 800 900 1000

1E-10

Hf75 1V RTA

1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

圖4.36 經不同溫度退火之 Hf75，在外加電壓為 1V 的漏電流密度(a) 爐 管退火 (b) RTA 退火

500 600 700 800 900 1000

Hf50 1V furnace

1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

600 700 800 900 1000

1E-10

Hf50 1V RTA

1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

圖4.37 經不同溫度退火之 Hf50，在外加電壓為 1V 的漏電流密度 (a) 爐 管退火 (b) RTA 退火

85

500 600 700 800 900 1000

1E-10

Hf25 1V furnace

1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

600 700 800 900 1000

1E-10

Hf25 1V RTA

1Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5Layer

圖4.38 經不同溫度退火之 Hf25，在外加電壓為 1V 的漏電流密度 (a) 爐 管退火 (b) RTA 退火

1 2 3 4 5

87

1 2 3 4 5 -6

-5 -4 -3 -2 -1 0 1

(a)

Hf50

V

FB

Layers

f500 f600 f700 f800 f900 f1000

1 2 3 4 5

-3 -2 -1 0 1 2 3

(b)

Hf50

V

FB

Layers

RTA6 RTA7 RTA8

圖4.41 Hf50 之層數變化對平帶電壓的關係圖 (a) 爐管退火 (b) RTA 退 火

89

1 2 3 4 5

-2 -1 0 1

(a)

Hf25

V

FB

Layers

f5 f6 f7 f8 f9

1 2 3 4 5

-2 -1 0 1

(b)

Hf25

V

FB

Layers

R6 R7 R8

圖4.42 Hf25 之層數變化對平帶電壓的關係圖 (a) 爐管退火 (b) RTA 退 火

1 2 3 4 5 0

1 2 3

4

(a)

Hf100

M e m o ry W in d o w

Layers

f5 f6 f7 f8 f9

1 2 3 4 5

0 1 2 3

4

(b)

Hf100

M e m o ry W in d o w

Layers

R6 R7 R8 R9 R10

圖4.43 Hf100 之層數變化對記憶視窗的關係圖 (a) 爐管退火 (b) RTA 退 火

91

1 2 3 4 5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

2.5

(a)

Hf75

M e m o ry W in d o w

Layers

f5 f6 f7 f8 f9 f10

1 2 3 4 5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

2.5

(b)

Hf75

M e m o ry W in d o w

Layers

R6 R7 R8 R9

圖4.44 Hf75 之層數變化對記憶視窗的關係圖 (a) 爐管退火 (b) RTA 退 火

1 2 3 4 5

M e m o ry W in d o w

Layers

M e m o ry W in d o w

Layers

R6 R7 R8

圖4.45 Hf50 層數變化對記憶視窗的關係圖 (a) 爐管退火 (b) RTA 退火

93

1 2 3 4 5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

(a)

Hf25

M e m o ry W in d o w

Layers

f5 f6 f7 f8 f9

1 2 3 4 5

0.0 0.5 1.0 1.5

2.0

(b)

Hf25

M e m o ry W in d o w

Layers

R6 R7 R9

圖4.46 Hf25 層數變化對記憶視窗的關係圖 (a) 爐管退火 (b) RTA 退火

1 2 3 4 5

Hf100-f5 Hf100-f6 Hf100-f7 Hf100-f8 Hf100-f9 Hf100-R6 Hf100-R7 Hf100-R8

1 2 3 4 5

Hf75-f5 Hf75-f8 Hf75-f9 Hf75-f10 Hf75-R6 Hf75-R7 Hf75-R8

圖4.47 各薄膜經退火後的介電係數對層數變化的關係圖 (a) Hf100 (b) Hf75

95

Hf50-f5 Hf50-f6 Hf50-f7 Hf50-f8 Hf50-f9 Hf50-f10 Hf50-R6 Hf50-R7 Hf50-R8

1 2 3 4 5

Hf25-f5 Hf25-f6 Hf25-f7 Hf25-f8 Hf25-f9 Hf25-R6 Hf25-R7 Hf25-R8

圖4.47 各薄膜經退火後的介電係數對層數變化的關係圖 (c) Hf50 (d) Hf25

第五章 第五章

第五章 第五章 結論 結論 結論 結論

本篇論文是以旋鍍的方式，將溶凝膠法製備的矽酸鉿薄膜鍍製在矽 基板表面，並探討論薄膜作為閘極氧化層的相關性質。以下為實驗結果 所歸納之結論：

一、 對薄膜厚度而言，相同製程下摻雜矽的比例越高，所量測的厚度

均呈現增加的趨勢，而對沒有摻雜矽的氧化鉿而言，會受到高溫擴散 的影響，而使介面層提升，所量測的厚度亦會隨溫度增加。整體來看，

利用RTA 退火的試片，大致上都稍厚於爐管退火的試片。

二、 由介面層厚度分析，可發現各試片經 700℃熱處理時的介面層厚 度最薄，推測原因為較低溫時薄膜緻密度較差，氧較易擴散進入至薄

膜與矽基板，因而產生較厚的介面層，隨著溫度的提高到約 700℃

時，緻密性的上昇使氧原子的擴散較難到達介面，但再提高退火溫度 則氧擴散因高溫而加快，又使介面層厚度增加。

三、 結晶性分析中， 在 Hf100-f8-5 中發現 T(Tetragonal/Cubic 相)為最 主要結晶相，但在 Hf100-f9-5 時 T 相已消失，產生新的 Monoclinic 相，所以在此溫度區間有穩定相的變化。有摻雜矽之矽酸鉿試片無法 利用爐管退火產生結晶相，推論是矽的成份使結晶所需的溫度提高；

而 RTA 退火則比爐管退火易使薄膜結晶，不過摻雜矽之矽酸鉿，以 T 結晶相為主，但在 Hf75 在 RTA 溫度達到 1000℃時會有 Monoclinic 相產生，另外摻雜矽的比例越高，所需的結晶溫度亦會提高(Hf25 需

而 RTA 退火則比爐管退火易使薄膜結晶，不過摻雜矽之矽酸鉿，以 T 結晶相為主，但在 Hf75 在 RTA 溫度達到 1000℃時會有 Monoclinic 相產生，另外摻雜矽的比例越高，所需的結晶溫度亦會提高(Hf25 需

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