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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:葉峻銘
論文名稱:電感式耦合電漿化學濺鍍法成長C軸指向之AlN薄膜
論文名稱(外文):The growth of c-axis oriented AlN deposited by inductively coupled plasma chemical sputtering
指導教授:黃振昌黃振昌引用關係甘炯耀
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:氮化鋁電感式耦合電漿濺鍍c軸指向
外文關鍵詞:AlNICPsputteringc-orientation
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本論文使用新的製程方式電感式耦合電漿(Inductively Coupled Plasma,ICP)化學濺鍍法來沉積氮化鋁(AlN)薄膜,以作為高頻的表面聲波元件(SAW)與體波共振器(FBAR),藉由調整製程參數,如直流電子槍電壓、鍍膜時間、射頻電子槍功率、基板溫度、基板偏壓等,控制電漿來影響薄膜性質。
成功的利用電感式耦合電漿化學濺鍍法長出具有(002)優選指向的氮化鋁薄膜。在使用直流式電子槍在我們的系統中時,發現Arcing造成薄膜的abnormal 成長。我們發現不同的直流偏壓會影響AlN的沉積速率,根據電漿鞘層理論以及本系統特有的特性,提出合理的證明活化粒子為主導反應的粒子。同時認為能量影響原子的移動性,進而影響AlN的texture性質,能量越高texture性質越好,當然有一定的限制在,例如增加電子槍功率、加入中間ICP電漿源、增加基板偏壓、增加基板溫度、改變不同的基板對原子造成不同的移動性。也試著加入氫氣,發現加入氫氣會破壞AlN的c軸指向,經過NPT(nitrogen plasma treatment)處理後晶界跟表面會有明顯的改變。
目錄
Chapter 1 緒論
1-1前言………………………………………………….….………1
1-2實驗目的…………………………………………….…….……2
Chapter 2 文獻回顧
2-1 AlN薄膜的結構與特性……………………………….….……3
2-2 AlN之應用…………………………………………….…….…4
2-3沈積AlN薄膜的方式………………………………….….……6
2-4本實驗使用電感式耦合電漿化學濺鍍法系統之緣故.……….6
Chapter 3 實驗原理與實驗步驟
3-1 實驗流程……………………………………………….………8
3-2 實驗原理……………………………………………….………8
3-2.1 電漿簡介…………………………………………….......8
3-2.2 電漿產生與維持……………………………….………..8
3-2.3 電漿特性簡介………………………………….………..9
3-2.4 電漿的優點…………………………………….………10
3-2.5 直流式電漿源………………………………….………11
3-2.6 交流式電漿源………………………………….………11
3-2.7 電感式耦合電漿源…………………………….………11
3-2.8 實驗原理…………………………………….…………12
3-3 實驗步驟………………………………………….………….12
3-4 實驗分析儀器…………………………………….………….15
Chapter 4 結果與討論
4-1 DC reactive sputtering in ICP system 所遭遇的挑戰…….…18
4-1.1 DC gun 電流電壓的影響……………………………18
4-1.2 Arcing造成abnormal growth……………………..…19
4-2 RF reactive sputtering 的研究……………….……………....21
4-2.1 溫度的影響…………….……………………….…….21
4-2.2 基板偏壓的影響………………….…………………..21
4-2.3 不同基板的影響…………………………..…………26
4-2-4 加入氫氣及NPT的影響…………………………….28
Chapter 5 結論
參考文獻…………………………………………………………..31
附表………………………………………………………………..35
附圖………………………………………………………………..41
圖表目錄
表2.1 氮化鋁的物理和化學特性.….……….………….………...…35
表4.1沉積AlN薄膜的各項參數……………………………………36
表4.2沉積AlN薄膜的各項參數……………………………………37
表4.3沉積AlN薄膜的各項參數……………………………………38
表4.4沉積AlN薄膜的各項參數…….………………….………….39
表4.5沉積AlN薄膜的各項參數…………….….……..….…….….40
圖2.1 AlN的晶體結構(a)變形四面體(b)單位晶包圖(c)立體結構示意圖…….……………………..……….……….……………...41
圖2.2 SAW結構示意圖………………………..…….………………42
圖2.3 FBAR結構示意圖…………………..…….………….……….42
圖3.1實驗流程圖……………………………….……………………43
圖3.2 ICP原理示意圖…………………….…………………………44
圖3.3 電感式耦合電漿化學濺鍍系統示意圖…………..…………..45
圖3.4 JCPDS data of AlN powder………………..…………………46
圖4.1 X-ray圖,隨著不同DC gun Voltage及時間的改變(a)300V
,1hr(b)320V,1hr(c)340V,1hr(d)320V,2hr…….….……47
圖4.2 X-ray的rocking curve圖(a)300V,1hr(b)320V,1hr(c)340V
,1hr(d)320V,2hr…………………..……………………….48
圖4.3 SPM的3D立體圖其中(a)300V,1hr(b)320V,1hr(c)340V
,1hr(d)320V,2hr………………….………………………..49
圖4.4 Arcing所引起的abnormal growth,隨沉積時間改變
的情形(a)5min (b)10min (c)30min (d)60min的3D立體圖及平面圖…………………………………………………………..50
圖4.5 使用RF gun之後無abnormal growth產生,其條件為RF gun 300W,coil=180w,Ts=350℃,P=10mTorr……………..52
圖4.6 改不不同基板溫度的X-ray圖 (a)150℃(b)250℃(c)350℃(d)450℃…….……………….…………………………….53
圖4.7 改變不同溫度下所做的X-ray rocking curve 圖…….….…...54
圖4.8 SPM圖改變不同基板溫度下的粗糙度差別(a)150℃(b)250℃(c)350℃(d)450℃……………………………..………..55
圖4.9 改變不同偏壓的X-ray圖(a)-10V(b)-50V(c)-100V
(d)-200V…………….………….……………….………56
圖4.10 改變不同偏壓下之X-ray rocking curve 圖(a)-10V(b)-50V(c)-100V(d)-200V………………………57
圖4.11改變不同基板偏壓之SEM平面圖與剖面圖 (a)-10V
(b)-50V(c)-100V(d)-200V…….…….……….……………58
圖4.12 deposition rate 與bias voltage關係圖…………..………..60
圖4.13 改變不同Vbias所得到的spm圖(a)Vbias=-10V
(b)Vbias=-50V(c)Vbias=-100V(d)Vbias=-200V.…..….….61
圖4.14 SEM的剖面圖(a)Coil RF power off ,deposition rate = 1090.6nm(b)Coil RF power on(180W),deposition rate=1221.9nm………………………………………….62
圖4.15 OES量測結果(a)RF gun power=350W,coilpower=180W
(b)黑線為單點RF gun=350W,藍線為RF gun=350W加
Coil power=240W………………………………………63
圖4.16 不同基板的X-ray比較(a)Si(100)(b)Si(111)
(c)HF浸泡過的Si(100)(d) HF浸泡過的Si(111)…….64
圖4.17 不同基板所做的X-ray(a)Mo(b)Cr(c)Ta(d)Pt(e)Si(111)
(f)Si(100)………………………………………………..65
圖4.18 鍍在不同電極上之AlN薄膜|(a)Mo(b)Pt(c)Ta(d)Cr…...…67
圖4.19 SEM圖,加入氫氣所造成AlN薄膜的改變(a)平面圖
(b)剖面圖………….…….………………….…………68
圖4.20 加入氫氣後的X-ray圖………….……….……………….…69
圖4.21 SEM圖(a)加入氫氣後AlN表面形貌的改變(N2:Ar:H2
=6:1:1)(b)為(a)經過NPT處理後的表面(c)變數為-200
V的試片表面(d)為(c)經NPT處理後的表面………70
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