摘要 I 致謝 II 目錄 III 表目錄 VI 圖目錄 V 第一章 序論……………… 1 1-1研究動機……………… 1 第二章 文獻回顧……………… 3 2-1 薄膜成長簡介 ……………………………………3 2-2 鋁膜簡介……………… 9 2-3 TiN 磊晶薄膜簡介………………………………11 第三章 實驗步驟與分析方法 21 3-1實驗設備 22 3-2薄膜濺鍍流程 24 3-2-1試片種類 24 3-2-2 TiN（111）製作過程及步驟 25 3-2-3鍍鋁膜的步驟 29 3-3試片分析部分 33 3-3-1原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope；AFM） 33 3-3-2 X光繞射(XRD)分析 35 3-3-2-1 X光反射率（X-ray reflectivity；XRR） 35 3-3-2-2 θ-2θ scan (wide-angle scan) 39 3-3-2-3 Pole Figure 40 3-3-2-4 θ- scan (Rocking curve) 41 3-3-3掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope； SEM） 42 第四章 結果與討論 58 4-1粗糙度的變化 58 4-1-1 不同的基板， 其粗糙度變化 59 4-1-2 不同的溫度， 其粗糙度變化……………… 62 4-1-3 不同的厚度， 其粗糙度變化……………… 64 4-1-4 不同的織構排列品質下， 其粗糙度變化 69 4-2其他 73 第五章 結論 111 參考文獻 113 表目錄 表2-1 鋁膜性質 …………………………………………13 表2-2 TiN膜物理性質……………………………… ……14 表3-1 各種掃瞄探針式顯微鏡型式…………………………43 表4-1 整個實驗試片的粗糙度方均根值 ……………………74 表4-2 膜及基板表面能……………………………………75 表4-3 室溫27℃ 鋁膜在各基板的粗糙度表…………………76 表4-4 -190℃ 鋁膜在各基板的粗糙度表……………………77 表4-5 600℃ 鋁膜在各基板的粗糙度表 ……………………78 表4-6 鋁膜在TiN(111)基板上，其粗糙度隨溫度的變化………79 表4-7 鋁膜在Sapphire(0001)基板上，其粗糙度隨溫度的變化…80 表4-8 鋁膜在Si(111)基板上，其粗糙度隨溫度的變化 ………81 表4-9 鋁膜在薄膜結構區域模型(structure zones mode)中的區域………………………………………………82 圖目錄 圖2-1 鍍膜原子沉積過程…………………………………15 圖2-2 三種成膜方式 ……………………………………16 圖2-3 晶粒沉積時的自由能變化 …………………………17 圖2-4 晶粒粗化過程 ……………………………………18 圖2-5 薄膜的界面型態 …………………………………19 圖2-6 粗糙度會隨著晶粒大小增加而變大 …………………20 圖3-1 濺鍍系統裝置 ……………………………………44 圖3-2 升溫基座…………………………………………45 圖3-3 低溫基座，兩端開口可供液態氮留入及流出……………46 圖3-4 TiN（111）基板(A)θ-2θ scan 圖，(B) Rocking curve…47 圖3-5 TiN（111）之AFM分析圖 (A)AFM 粗糙度圖 (B)立體圖 (C)橫截面圖……………………………………48 圖3-6 TiN（111）基板的Pole Figure…………………………49 圖3-7 在高溫600℃鍍膜時，真空腔裡的基座擺放方式………50 圖3-8 低溫鍍膜時，真空腔裡的基座擺放方式………………51 圖3-9 針尖大小對AFM量測的影響…………………………52 圖3-10 50nm的TiN膜鍍在Si基板上之X光反射率干涉條紋…53 圖3-11 XRR干涉條紋中重要的幾個點………………………54 圖3-12 兩膜厚不同的試片之XRR干涉條紋……………………55 圖3-13 兩膜密度不同的試片之XRR干涉條紋…………………56 圖3-14 Pole Figure，(A)晶向隨機分佈，（B）優選晶向…………57 圖4-1 600℃ AL(111)/TiN(111) AL膜厚300nm………………83 圖4-2 分別討論三個溫度時，鋁膜在三個基板上粗糙度的變化…84 圖4-3 鋁膜在三個不同溫度時，其XRD分析圖………………85 圖4-4 600℃，厚度為5nm時，在sapphire基板上，鋁膜呈很薄島嶼狀附著在基板上………………………………86 圖4-5 600℃，厚度為5nm時，鋁膜在TiN(111)基板上的AFM圖…87 圖4-6 600℃，厚度為5nm時，鋁膜在Si(111)基板上的AFM圖…88 圖4-7 在三種基板上，其粗糙度隨溫度的變化………………89 圖4-8 600℃，鋁膜厚度約1μm，基板為sapphire，SEM的橫截面圖………………………………………………90 圖4-9 500℃，鋁膜厚度約1μm，基板為sapphire，SEM的橫截面………………………………………………91 圖4-10 200℃，鋁膜厚度約1μm，基板為sapphire，SEM的橫截面………………………………………………92 圖4-11 室溫，鋁膜厚度約1μm，基板為sapphire，SEM的橫截面………………………………………………93 圖4-12 鋁膜在sapphire上於三種不同溫度時的XRD 比較圖…94 圖4-13 -190℃在TiN(111)（50nm）上鍍Al 2分鐘（10nm）的XRR曲線圖…………………………………………95 圖4-14 600℃在TiN(111)上鍍Al 5分鐘(25nm) 的XRR曲線圖…96 圖4-15 600℃在TiN(111)上鍍Al 5分鐘(25nm)的SEM plane veiw圖………………………………………………97 圖4-16 600℃時，鋁晶粒在TiN（111）基板上於不同鍍膜時間時的SEM圖……………………………………………98 圖4-17 室溫時，鋁晶粒在TiN（111）基板上於不同鍍膜時間時的SEM圖……………………………………………99 圖4-18 -190℃時，鋁晶粒在TiN（111）基板上於不同鍍膜時間時的SEM圖………………………………………100 圖4-19 圖4-19 室溫鋁膜在Sarphire上隨膜厚增加，膜表面型態的變化（AFM所掃出 1μm×1μm）……………………101 圖4-20 鋁膜在TiN基板上產生的孔洞，掃描面積10μm×10μm ………………………………………………102 圖4-21 鋁膜在TiN基板上產生的孔洞，掃描面積1μm×1μm…103 圖4-22 600℃，鋁膜厚度約300nm，基板為TiN（111）………104 圖4-23 600℃，鋁膜厚度約300nm，基板為sapphire，XRD（θ-2θ scan）………………………………………105 圖4-24 兩不同鍍膜速度的XRD(A)θ-2θ scan (wide-angle scan)，(B)θ- scan (Rocking curve) ……………106 圖4-25 室溫，膜厚為10nm時，鋁晶粒在sapphire基板上分佈的情形……………………………………………107 圖4-26 室溫，膜厚為50nm時，鋁晶粒在sapphire基板上分佈的情形……………………………………………108 圖4-27 兩晶粒的表面張力及晶界拉力對凹槽(groove)角度αGB角的影響…………………………………………109 圖4-28 當凹槽(groove)角度αGB角變小後，對平坦度的影響…110