T$a_2O_5$Dielectric Thin Films by Thermal Oxidation and PECVD

열산화법 및 PECVD 법에 의한 T$a_2O_5$ 유전 박막

Thermal oxidation and plasma enhanced chemical vapor deposition of tantalum oxide thin films on p-type (100) Si substrates were studied to examine the dielectric nature of T$a_2O_5$ as a Al/T$a_2O_5$/p-Si capacitor. Microstructure and dielectric properties of the capacitors were investigated by XRD, AES, high frequency C-V analyzer, I-V meter and TEM. XRD analysis showed that the structure of T$a_2O_5$ films were amorphous, but the films were crystallized to hexagonal $\delta$-T$a_2O_5$ by 65$0^{\circ}C$ thermal oxidation treatment. It was found that the stoichiometry of the films was more or less close to 2 : 5. Leakage current density and relative dielectric constant of thermal oxidation T$a_2O_5$ film at 60$0^{\circ}C$ was 5.0${ imes}10^{-6}$/A/c$m^2 and 31.5, respectively. In the case of PECVD T$a_2O_5$film deposited at 0.47W/c$m^2 they were 2.5${ imes}10^{-5}$/A/$ extrm{cm}^2$ and 24.0, respectively. The morphology of the films and interfaces were investigated by TEM.

열산화법과 PECVD법으로 p-type (100) Si 기판위에 T$a_2O_5$ 박막을 형성시킨 후 A1/T$a_2O_5$/p-Si capacitor를 제작하였다. 제작된 시편의 제반 물성은 XRD, AES, high frequency C-V analyzer, I-V meter, TEM 등을 사용하여 분석하였다. XRD 분석을 통해 T$a_2O_5$ 박막은 비정질임이 확인되었으며 65$0^{\circ}C$ 열처리의 경우에는 hexagonal $\delta$-T$a_2O_5$ 상으로 결정화가 일어남을 확인할 수 있었다. AES spectrum의 분석을 통해 T$a_2O_5$ 박막의 조성이 2:5의 stoichiometry에 근접해 있음이 관찰되었다. 열산화법에 의해 제작된 T$a_2O_5$는 산화온도 60$0^{\circ}C$의 조건에서 누설전류 5${ imes}10^{-6}$A/c$m^2와 유전상수 31.5로 가장 좋은 성질을 나타냈으며, PECVD로 제작한 T$a_2O_5$는 RF Power가 0.47W/c$m^2일 때 2.5${ imes}10^{-5}$A c$m^2and 24.0으로 가장 좋은 특성을 나타내었다. TEM 분석을 통해 제조된 박막과 계면을 관찰하였다.