以高功率脈衝磁控濺鍍法製備氮化鋯阻障層於金屬閘極金氧半結構之特性研究

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Title:	以高功率脈衝磁控濺鍍法製備氮化鋯阻障層於金屬閘極金氧半結構之特性研究
Authors:	陳柏任
Contributors:	光電與通訊學系
Keywords:	高功率脈衝磁控濺鍍;氮化鋯;原子力顯微鏡;介面缺陷密度
Date:	2015
Issue Date:	2015-10-08 01:32:21 (UTC+0)
Publisher:	亞洲大學
Abstract:	高功率脈衝磁控濺射 (High Power Impulse Magnetron Sputtering, HIPIMS)為目前最新的鍍膜技術之一，比起一般傳統的直流磁控濺鍍 (Dielectric Current Magnetron Sputtering, DCMS) 其主要特性是在極短的脈衝時間內使靶材單位功率密度達到數kW/cm2以上，而使用HIPIMS製程時不僅可以提高靶材金屬的離化率還可以產生極高的電漿密度(1019 m-3)，在沉積薄膜時可以得到較好的品質。因此本研究使用HIPIMS與Sputter系統分別沉積氮化鋯 (ZrN)薄膜於MIS電容器上作為金屬閘極與介電層之間的阻障層，並藉由不同功率與工作週期來觀察靶材尖峰功率密度的變化，以對氮化鋯薄膜的性質影響。研究結果發現，使用HIPIMS來製作氮化鋯保護層於MIS元件比起一般DCMS可以得到更好的特性；我們透過XRD、AFM與奈米壓痕儀來觀察薄膜的特性，並觀察到以HIPIMS來製作氮化鋯薄膜其表面粗糙度、薄膜硬度皆比以DCMS系統要來的優異不少。而電性部分，我們發現使用HIPIMS與DCMS系統在800℃快速熱退火下可以改善介面缺陷密度，平帶電壓偏移，以及獲得較高的介電常數，而介電常數的提升可以有效降低等效氧化層厚度，而比較兩個不同系統的電性，HIPIMS系統又可以獲得比DCMS系統更好的特性，這說明了使用HIPIMS系統在製作薄膜時可以得到較高的離子解離率以及在電漿中有豐富的金屬離子使其有效提升薄膜的特性。
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