圖 4-8 四種高介電常數薄膜在正電壓下其閘極電流與閘極電壓的 關係圖，將閘極漏電流所對應之電壓扣除平帶電壓來做比較，如圖 4-9 示，HfO2薄膜在500℃沉積後熱退火，漏電流突然升高推測是 HfO2
薄膜結晶導致漏電路徑增加，但在600℃漏電流卻下降，對照其電容 等效厚度與沉積後熱退火關係，可以看到600℃電容等效厚度有些微 增加，之前我們推測可能是介面層成長，結合漏電流的電性結果，相 信是 HfO2薄膜和矽基板間的介面層成長所致，所以 700℃沉積後熱 退火因為電容等效厚度升高使得漏電流下降。而 HfAlO(Hf:Al=9:1) 薄膜亦與 HfO2有著相似的情況，因為結晶造成漏電流升高，但介面 成長降低漏電流。HfAlO(Hf:Al=7:3)薄膜在低於 800℃沉積後熱退 火 ， 其 漏 電 流 沒 有 上 升 趨 勢 ，900℃ 沉 積 後 熱 退 火 卻 會 使 HfAlO(Hf:Al=7:3)薄膜有結晶現象產生，但所對應的漏電流反而下 降，推測是HfO2在 HfAlO(Hf:Al=7:3)薄膜中結晶，把 Al 原子析出將 漏電路徑填滿，所以漏電流不升反降。Al2O3薄膜其熱穩定性相當好，
在高達 1000℃高介電常數薄膜沉積後熱退火，也沒有結晶的現象，
佈圖，圖 4-11 是本論文量測結果和目前已發表的高介電常數薄膜文 膜皆為Frenkel-Pool 穿隧機制。我們對此四種高介電常數薄膜求其陷 阱能障高度(trapping level barrier height)，探討高介電常數沉積後熱退 火對於陷阱能障之影響，由圖 4-13 四種高介電常數薄膜之陷阱能障 高 度 圖 ， 500℃ 沉 積 熱 退 火 HfO2 薄 膜 其 陷 阱 能 障 低 於
味著在HfO2中添加10%的 Al 元素就可以改善薄膜品質，消弭淺的陷 阱能階(trapping level)。HfO2、HfAlO(Hf:Al=9:1)和 HfAlO(Hf:Al=7:3) 薄膜分別在600℃、800℃和 700℃沉積熱退火，陷阱能階有著顯著的 改善，表示高介電常數沉積後熱退火溫度提高能有效消除較淺的陷阱 能階，Al2O3 薄膜在不同沉積後熱退火的條件下，其陷阱能障高度並 沒有變化，但對照遲滯結果發現遲滯現象隨著沉積後熱退火提高而降 低，顯示沉積後熱退火能有效消除陷阱密度。
崩潰電場是由4-4 式的關係計算獲得，並扣除矽基板串聯組抗之 影響。
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= (4-4 式) 由圖4-14，Al2O3薄膜高溫熱穩定性高達1000℃，崩潰電場並無隨著 沉積熱退火溫度提高而增加，HfAlO(Hf:Al=7:3)薄膜在 800℃以下的 熱退火，崩潰電場維持定值，但在900℃熱退火崩潰電場下降，推測 為 HfAlO(Hf:Al=7:3)薄膜結晶所致，而 HfO2和 HfAlO(Hf:Al=9:1)薄 膜在結晶溫度以上的沉積熱退火條件，亦有崩潰電場下降現象發生，
由圖 4-14 中發現 Al 元素比例提高可提升高介電常數薄膜之崩潰電 場，Al 元素比例對於結晶溫度提升有明顯改善，可能是薄膜結晶時 晶粒邊界有著大量缺陷或斷鍵而使得薄膜易於崩潰[89]，沉積後熱退 火溫度提高結晶效應越顯著，所以崩潰電場隨著沉積後熱退火溫度提
高而下降。