實驗試片製作及機台介紹

先準備一個做為基板的 P 型矽晶圓，將晶圓浸泡在緩衝氧化層蝕刻液 (Buffer Oxide Etching, BOE (HF+NH₄F) )中，將晶圓上的原生氧化物和一些不 必要的雜質給去除掉，將晶圓浸泡一分鐘後將之取出。接著利用去離子水 (deionized water, DI water)將晶圓上殘留的藥劑給清洗掉。接著將晶圓烘乾後，

即完成本次實驗試片的矽基板的準備。

3.2.2 薄膜沉積

本次實驗所用來沉積薄膜的機台，為共鍍機(co-sputtering system)，如圖 3.2 所示，即是擁有直流濺鍍系統(DC sputtering system)和射頻濺鍍系統(RF sputtering system)。

直流濺鍍系統須要用在導體，所以幾乎都是使用金屬靶材。直流濺鍍系

氧化釔摻鋯薄膜(Y₂O₃+Zr)：將氧化釔放在射頻靶上，射頻功率為 100 W，

而鋯放置在直流靶上。直流功率分成三個不同條件來做比較，分別為 3 W、

6 W 和 9 W，鍍率為 0.33 nm/min，預設薄膜厚度為 3.5 nm，腔體內氬氣和 氧氣比例為 20：4。

氮化鋯層(ZrN)：鋯材放置在直流靶上，直流功率為 70 W。腔體內的氣 體改為氬氣和氮氣，流率比為 20：1。鋯會跟氮氣產生反應生成氮化鋯，鍍 率為 6.649 nm/min，預設薄膜厚度為 1.5 nm。

鈦電極(Ti)：將直流靶材換成鈦材料，直流功率為 70 W，腔體內的氣體 只有氬氣，以避免鈦和其他氣體產生反應。氬氣的流率為 20 sccm，鍍率為 7.72 nm/min，預設厚度為 3 nm。

圖3.2 本次實驗所使用的共濺鍍機

3.2.3 快速熱退火(Rapid Thermal Annealing, RTA)

快速熱退火即是在很短的時間之內，完成退火工作。試片在薄膜沉積結 束後，會產生一些缺陷或有雜質進入，而藉由熱退火可以修補這些缺陷，使 材料原子結構排列整齊。而若熱處理之加熱的時間太久，材料間可能會產生 擴散的現象，導致材料性質遭受到汙染破壞，且材料對高溫的忍耐程度為影 響該電容器好壞的條件之一，所以藉由不同溫度的熱退火，藉以了解該材料 的熱穩定度之好壞。圖 3.3 為本次試驗之快速熱退火機。

當試片上的薄膜都沉積完畢後，利用鑽石筆，將試片劃分為四等份，其 中三等份分別進行 550 ℃、700 ℃及 850 ℃的快速熱退火。

550 ℃快速熱退火：於充滿氮氣的腔體中 12 秒鐘升溫至 550 ℃，持續 30 秒，再於充滿氬氣的腔體中，於 2500 秒把溫度降至室溫。

700 ℃快速熱退火：於充滿氮氣的腔體中 12 秒鐘升溫至 550 ℃，持續 3 秒，再於 5 秒鐘將溫度升至 700 ℃，持續 30 秒，再於充滿氬氣的腔體中，

於 2500 秒把溫度降至室溫。

850 ℃快速熱退火：於充滿氮氣的腔體中 12 秒鐘升溫至 550 ℃，持續 3 秒，再於 7 秒鐘將溫度升至 850 ℃，持續 30 秒，再於充滿氬氣的腔體中，

於 2500 秒把溫度降至室溫。

圖3.3本實驗所使用的快速熱退火設備

3.2.4 沉積鋁電極

當試片退火後，在試片上覆蓋上含有 100 μm、200 μm、300 μm 的圓形 陣列遮罩(mask)，利用黃光膠帶固定後，利用濺鍍法鍍上鋁。這些鍍上去的 圓形鋁薄膜，當成用以量測試片電性的電極。鍍完鋁電極後，實驗試片即製 作完成。圖 3.4 為製作試片之流程圖。

基板製備 (清洗P型矽)

沉積薄膜

快速熱退火

沉積鋁電極

Y2O3薄膜

Y2O3+Zr薄膜

ZrN薄膜

Ti電極

裂片 (分成四等份)

分別進行 550、700、850Cº

快速熱退火

圖3.4 本次實驗的試片製作流程圖