跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(3.235.56.11) 您好!臺灣時間:2021/07/29 11:06
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:盧俊傑
研究生(外文):Chun-Chieh Lu
論文名稱:鈧含量與熱處理對Al-Sc薄膜微結構與表面型態之影響
論文名稱(外文):Effects of Sc Contents and Heat Treatment on Microstructure and Surface Morphology of Al-Sc alloy films
指導教授:李勝隆李勝隆引用關係
指導教授(外文):Sheng-Lon Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:42
中文關鍵詞:鋁薄膜突起退火處理Sc含量
外文關鍵詞:hillockAl alloy filmsSc contentannealing
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:122
  • 評分評分:
  • 下載下載:22
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
鋁薄膜具有許多優異之特性,因此在半導體工業上廣泛應用於金屬導線的材料,但鋁薄膜在高溫環境下極易產生表面突起(hillock),此表面突起容易造成金屬導線短路;在光學反射層上,亦因表面突起的形成,致使反射率降低。
Sc元素加入純鋁或鋁合金中,可使合金明顯產生晶粒細化及提高再結晶溫度。基於Al-Sc合金的特性,本實驗設計純鋁及不同Sc含量之三種薄膜,分別為99.99%純鋁、Al-0.2wt.%Sc及Al-0.4wt.%Sc,在200-500℃之溫度下,施以1hr之退火處理,並以穿透式電子顯微鏡(TEM)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、熱壓應力量測及電阻率量測,探討純鋁及Al-Sc薄膜於剛沈積(as-deposited)狀態與不同退火溫度下的微結構及表面形態之變化。
實驗結果顯示,於剛沈積(as-deposited)狀態下,純鋁薄膜已存在大量表面突起;Al-Sc薄膜則因細晶強化之故,可抑制表面突起之形成,且抑制之效果隨薄膜中Sc含量增加而增加。於退火狀態下,純鋁及Al-Sc薄膜因熱壓應力的累積,致使新表面突起的形成,且形成突起之退火溫度隨薄膜中Sc含量增加而增高。純鋁薄膜於300℃以上之溫度退火,由於再結晶的發生,致使電阻率降低;Al-Sc薄膜於300℃以上之溫度退火,因Al3Sc相析出及晶粒輕微成長,電阻率降低至與純鋁薄膜相近。
總目錄
摘要................................................. I
總目錄............................................... Ⅱ
圖目錄............................................... Ⅳ
表目錄............................................... Ⅵ
一、前言............................................. 1
1.1 鋁合金薄膜簡介............................... 1
1.2 鋁薄膜表面突起之探討......................... 2
1.2.1 鋁薄膜突起之原因......................... 2
1.2.2 鋁薄膜突起微結構及形態之探討............. 3
1.3 合金元素對鋁薄膜突起的影響................... 4
1.4 基材溫度及沈積率對鋁薄膜突起的影響........... 7
1.5 Al-Sc合金之介紹............................. 8
1.6 研究背景與目的............................... 9
二、實驗方法與步驟.................................... 10
2.1 薄膜製作..................................... 11
2.1.1 靶材及基材............................... 11
2.1.2 薄膜沈積................................. 11
2.1.3 薄膜熱處理............................... 12
2.2 微結構分析................................... 12
2.2.1 掃描式電子顯微鏡(SEM).................... 12
2.2.2 穿透式電子顯微鏡(TEM).................... 12
2.2.3 原子力顯微鏡(AFM)........................ 12
2.3 物性分析..................................... 13
2.3.1 電阻率量測............................. 13
2.3.2 熱壓應力量測............................. 14
三、結果與討論....................................... 16
3.1 微結構及表面形態分析......................... 16
3.1.1 膜厚與沈積率測定......................... 16
3.1.2 鋁薄膜於剛沈積(as-deposited)之微結構與表面形
態....................................... 18
3.1.3 鋁薄膜於退火處理之微結構................. 23
3.1.4 鋁薄膜於退火處理之表面形態............... 28
3.2 物性量測..................................... 35
3.2.1 電阻率量測............................... 35
四、結論.............................................. 38
伍、參考資料.......................................... 39

圖目錄
圖1.1 雙層金屬導線之積體電路截面結構.............. 1
圖1.2 純鋁薄膜之應力-退火溫度曲線................. 3
圖1.3 薄膜晶粒大小與突起型態之關係................ 4
圖1.4 Nd含量與突起密度之關係...................... 6
圖1.5 不同退火溫度下,Nd含量與電阻力之關係........ 7
圖1.6 基材溫度與沈積率對突起密度之關係............ 8
圖1.7 鋁-過渡元素之再結晶溫度對過渡元素含量比較圖 9
圖2.1 實驗流程圖.................................. 10
圖2.2 四點探針示意圖.............................. 13
圖2.3 曲率量測之系統架構圖........................ 15
圖2.4 曲率量測之光學原理簡圖...................... 15
圖3.1 濺鍍90分鐘之薄膜橫截面..................... 16
圖3.2 薄膜厚度與鍍膜時間之影響.................... 17
圖3.3 退火溫度與薄膜應力之影響.................... 20
圖3.4 鋁薄膜於剛沈積(as-deposited)之TEM微結構與
SEM表面形態影像圖........................... 21
圖3.5 鋁薄膜於剛沈積(as-deposited)之AFM表面形態影
像圖........................................ 22
圖3.6 純鋁薄膜於不同退火溫度下持溫1hr之微結構.... 25
圖3.7 Al-0.2Sc薄膜於不同退火溫度下持溫1hr之微結構 26
圖3.8 Al-0.4Sc薄膜於不同退火溫度下持溫1hr之微結構 27
圖3.9 純鋁薄膜於不同退火溫度下持溫1hr之SEM表面形
態影像圖.................................... 29
圖3.10 Al-0.2Sc薄膜於不同退火溫度下持溫1hr之SEM表
面形態影像圖................................ 30
圖3.11 Al-0.4Sc薄膜於不同退火溫度下持溫1hr之SEM表
面形態影像圖................................ 31
圖3.12 純鋁薄膜於不同退火溫度下持溫1hr之AFM表面形
態影像圖.................................... 32
圖3.13 Al-0.2Sc薄膜於不同退火溫度下持溫1hr之AFM表
面形態影像圖................................ 33
圖3.14 Al-0.4Sc薄膜於不同退火溫度下持溫1hr之AFM表
面形態影像圖................................ 34
圖3.15 退火溫度與薄膜電阻率之影響.................. 37

表目錄
表2.1 實驗用之Al-Sc薄膜成份....................... 11
表3.1 不同薄膜之膜厚及沈積率....................... 17
表3.2 不同薄膜於剛沈積(as-deposited)與退火處理之平
均晶粒大小................................... 20
表3.3 不同薄膜經退火處理之電阻率的變化............. 37
1. 莊達人“VLSI製造技術”高立圖書p.461.
2. A.Denboer,Solid State Technology,Feb.,(1994).
3. Hong Xiao“半導體製程技術導論”歐亞書局p.432.
4. 鄭建星,王振興“鋁薄膜退火突起的機制與介紹”材料會訊第十卷第4 期,
(2003),pp.52-59.
5. 陳楷林“平面顯示器用鋁合金薄膜濺鍍靶材之發展”工業材料雜誌179期,
(2001),pp.153-158.
6. 李秉璋,王正和“金屬反射膜材料簡介”工業材料雜誌168期,(2000),
pp.125-130.
7. A.J.Learn,“Suppression of aluminum hillock growth by overlayers of silicon
dioxide chemically-vapor-deposited at low temperature”
J.Vac.Sci.Technol.,B4,(1986),pp.774-776.
8. M.Zaborowski,P.Dumania,“Kinetics of hillock growth in Al and Al-alloys”
Microelectronic Engineering,50,(2000),pp.301-309.
9. Deok-Kee Kim,Birgit Heiland,William D.Nix,Eduard Arzt, Michael D.Deal,James
D.Plummer,“Microstructure of thermal hillocks on blanket Al thin films”
Thin Solid Films,371,(2000),pp.278-282.
10. C.Kylner,L.Mattsson,“Initial development of the lateral hillock
distribution in optical quality Al thin films studied in real time”Thin
solid films,307,(1997),pp.169-177.
11. LARS MATTSSON,YVES-HENRI LE PAGE,“REAL-TIME STUDY OF MIGRATION IN
ALUMINIUM FILMS BY MEANS OF SUBANGSTROM-SENSITIVE SCATTERING AND PROFILING
METHODS”Thin solid films,198,(1991),pp.149-156.
12. C.Kylner,L.Mattsson,“Enhanced optical performance of aluminum films by
copper inclusion”Thin solid films,348,(1999),pp.222-226.
13. E.Iwamura,T.Ohnishi,K.Yoshikawa,K.Itayama,“In situ scanning electron
microscope observation of hillock and whisker growth on Al-Ta alloy films
for interconnections of thin film transistor-liquid crystal displays”
J.Vac.Sci.Technol.,A12,(1994),pp.2922-2924.
14. C.Y.Chang and R.W.Vook,“Topography and microstructure of Al films formed
under various deposition conditions”J.Vac.Sci. Technol.,A9,(1991),pp.559-
562.
15. R.AberMann,“INTERNAL STRESS OF VAPOUR-DEPOSITED ALUMINIUM FILMS EFFECT OF
O2 AND WATER VAPOUR PRESENT DURING FILM DEPOSITION”Thin solid films,186,
(1990),pp.233-240.
16. U.Smith,N.Kristensen,F.Erison,and Jan-Ake Schweitz,“Local stress
relaxation phenomena in thin aluminum films”J.Vac.Sci.Technol.,A9
(1991),pp.2527-2535.
17. T.Ohnishi,E.Iwamura,K.Takagi,“Effects of Nd content in Al thin films on
hillock formation”J.Vac.Sci.Technol.,A15,(1997),pp.2339-2348.
18. T.Ohnishi,E.Iwamura,K.Takagi,“Morphology of sputter deposited Al alloy
films”Thin Solid Films,340,(1999),pp.306-316.
19. E.Iwamura,T.Ohnishi,K.Yoshikawa,“A study of hillock formation on Al-Ta
alloy films for interconnections of TFT-LCDs”Thin Solid Films,270,
(1995),pp.450-455.
20. H.S.Hu,A.J.Mardinly,T.G.Nish,“Aluminum-samarium alloy for
interconnections in integrated circuits”J.Vac.Sci.Technol.,A8,
(1990),pp.1480-1483.
21. Y.K.Lee,N.Fujimura,T.lto,“Annealing behavior of Al-Y alloy film for
interconnection conductor in microelectronic devices”
J.Vac.Sci.Technol.,B9,(1991),pp.2542-2547.
22. S.Takayama,“Low resistivity Al-RE (RE=La,Pr,and,Nd) alloy thin films with
high thermal stability for thin-film-transistor interconnects”
J.Vac.Sci.Technol.,B14,(1996),pp.3257-3262.
23. T.Arai,H.Takatsuji,H.Iiyori,“Nitrogen-added Al rare-earth alloys for thin
film transistors”Thin Solid Films,337,(1999),pp.113-117.
24. A.J.Griffin,Jr.,F.R.Brotzen,C.F.Dunn,“MECHANICAL PROPERTIES AND
MICROSTRUCTURES OF Al-1%Si THIN FILM METALLIZATIONS”Thin Soild Films,150,
(1987),pp.237-244.
25. R.Venkatraman,J.C.Bravman,“Separation of film thickness and grain
boundary strengthening effects in Al thin films on Si”J.Mater.Res.,V7,
(1992),pp.2040-2048.
26. 梁中瑜“液晶顯示器之薄膜電晶體鋁閘極之研究”國立中央大學光電科學研究所碩士
論文(1999).
27. V.G.Davydov,T.D.Tostove,V.V.Zakharov,Y.A.Filatov and V.I.Yelagin,
“Scientific Principle of Making an Alloying Addition of Scandium to
Aluminium Alloys”Mater.Sci.Eng., Vol.A280,(2000),pp.30-36.
28. L.K.Lamikov and G.V.Samsonov,“Soviet Non-Ferrous Metals Res.”(USSR),
(1964),9,79.
29. Z.Yin,Q.Pan,Y.Zhang and F.Jiang,“Effect of Minor Sc and Zr on the
Microstructure and Mechanical Properties of Al-Mg Based Alloys”
Mater.Sci.Eng.,Vol.A280,(2000),pp.151-155.
30. V.Ocenasek and M.Slamova,“Resistance to Recrystallization Due to Sc and
Zr Addition to Al-Mg Alloys”Mater Characterization,Vol.47,(2001),pp.157-
162
31. D.N.Seilman,E.A.Marquis and D.C.Dunand,“Precipitation Strengthening at
Ambient and Elevated Teperature of Heat-Treatable Al(Sc)Alloys”Acta
Materialia Vo.50,(2002),pp.4021-4035.
32. 汪建民“材料分析”中國材料科學學會(1998),p.115.
33. Hong Xiao“半導體製程技術導論”歐亞書局p.449.
34. M.Ohring,“The Material Science of Thin Films(Academic Press,America)”
(1991),pp.416-425.
35. 陳明義“TiSi2 相的形成及其應力變化”國立中興大學材料工程研究所碩士論文
(1997).
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top