第三章 實驗流程與設備
3.1 氮化鋁於矽晶片（１１１）上的磊晶成長
3.2.1 氮化鋁的篩選
本實驗成長鑽石所使用的氮化鋁基板，是利用金屬有機化學氣相沉積 系統(MOCVD)在 2 吋 Si (111)晶圓上成長出具有 c 軸優選取向的氮化鋁磊晶 薄膜。由於製程條件的不同，可能會造成氮化鋁薄膜本身的品質、表面形 貌以及表面粗糙度等性質有所些微的不同。為了減少這些額外的影響因 素，在成長鑽石前，需要先對氮化鋁薄膜進行篩選，使用以成長鑽石之氮 化鋁基板各性質具有一致性。挑選的主要依據有三，分別是表面形貌、粗 糙度以及薄膜成長的優選取向與品質。
(1) 表面形貌
因本實驗使用奈米鑽石種晶法(seeding)的方式來成核，若氮化鋁薄膜的 表面存在著許多能讓奈米鑽石停留的縫隙，則預期將可有助於鑽石的成
核。如圖3.4 之 AFM 影像所示，黑色箭頭所指即為卡入縫隙的奈米鑽石顆粒。 狀晶粒之表面形貌。利用Gatan Digital Micrograph 軟體處理上述的 SEM 影 像，可以計算出試片B、C、D、E、F 表面縫隙面積佔整個表面總面積的比 例(詳細使用步驟請參見附錄一)，並利用 NanoScope_Analysis 軟體分析出
各試片縫隙的平均深度，以及經由原子力顯微鏡在掃描範圍為3 μm × 3 μm 下所得出的各試片表面均方根粗糙度 (root-mean-square roughness, Rrms)，其 中試片 A 之表面形貌已與其他試片差異太大，故無計算縫隙面積與深度之 必要。在薄膜厚度方面，以SEM 觀察各試片橫截面影像，並以軟體量測各 試片多點厚度後取其平均，得出試片C、D、E、F 厚度分別約為 130 nm、
100 nm、60 nm、55 nm。不過由於本實驗使用奈米鑽石做為成核點來成長 鑽石膜，因此氮化鋁薄膜的厚度對鑽石在氮化鋁上成核的影響相對而言比
<110>)，即倒空間中 Si(111)的點的位置會產生偏移，且 diffuse scattering 效 應的存在，會造成倒空間中 Si(111)的點拉長或變寬，使其繞射峰在強度接 近背景訊號處會呈現寬化的現象。因此，當 miscut 傾斜方向為 omega 方向
時，由於解析度較傾斜chi 方向佳， 2θ-θ scan 路徑只交會到倒空間中 Si(111) 因diffuse scattering 效應而寬化的點的邊緣，導致位於 28.443°(JCPDS card
#895012)的基板訊號微弱且較寬。而由圖可知，除了矽基板(111)位於 2θ = 28.4°的訊號之外，只在 2θ = 36.1°以及 76.5°處觀察到 AlN 的(002)及(004)的 訊號，而2θ = 32.5°的位置上存在的微弱訊號為銅之 Kβ光源與AlN(002)繞 射產生之訊號。由此結果可得知試片 C、D、E、F 皆具有 c 軸優選取向，
且半高寬相近，分別為2.38°、1.94°、2.48°、2.17°，表示各試片品質具有一 致性，故本實驗是選用試片C、D、E、F 做為成長鑽石之基板。
圖3.4 AlN 薄膜經過奈米鑽石種晶法處理後之 AFM 影像，黑色箭頭所標 示位置為卡入 AlN 表面縫隙中的奈米鑽石顆粒。
圖3.5 於不同成長條件下的氮化鋁薄膜(A-F)表面之掃描式電子顯微鏡影 像。
表3.2 氮化鋁試片 A-F 之表面粗糙度(Rrms)、縫隙面積、縫隙深度與 XRD rocking curve AlN(002) 繞射訊號的半高寬。
A B C D E F
Rrms 25.1 nm 13.9 nm 5.12 nm 3.79 nm 11.3 nm 10.9 nm
縫隙面積/總面積 － 0.28 0.14 0.12 0.14 0.14
縫隙平均深度 － 53 nm 14.6 nm 15.3 nm 19.4 nm 21.9 nm 薄膜厚度 － － 130 nm 100 nm 60 nm 55 nm XRC FWHM － － 2.38° 1.94° 2.48° 2.17°
(氮化鋁基板的篩選過程中，試片 A 在 Rrms與表面形貌便與其他試片有較大 差異，而試片B 在縫隙平均深度與其他試片有明顯落差，故便不進行下一 步分析與篩選)
圖3.6 氮化鋁試片 C、D、E、F 的 XRD (2θ-θscan)繞射圖形。