濺鍍法簡介

第三章 實驗設計

本章分為三部分，第一部分是介紹濺鍍法種類與原理。第二部分是 MFIS 電容器製作過程。第三部分是如何利用田口法設計實驗與量測薄膜電性及物 理特性。

3.1 濺鍍法簡介

在物理學上濺射(Sputtering)是利用離子轟擊固體表面的原子或分子，撞 出來的原子或分子沉積在基板上形成薄膜的現象。離子撞擊到固體表面會發 生的現象，如圖 3-1 所示。此現象除了濺鍍以外還利用在許多方面的技術，

其中離子注入(Ion Implantation)是在半導體製造製程常見的技術。撞出來的 離子也可會成分分析等。

圖 3-1中粗線所示，中性原子與分子是在薄膜形成用到的。加速離子撞

擊到固體時，在表面附近發射電子而變成中性，但離子的運動量會保持，然 後直接進入靶材(Targets)表面內。離子在靶材表面的原子與分子碰撞逐漸失 去能量而停止。此時，因此不同粒子衝進靶材內部，引起結晶的損壞與靶材 晶格的原子繼續相互碰撞，最後表面的原子與分子撞出到外部。

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圖 3-1 離子撞擊現象[26]

3.1.1 直流濺鍍

直流濺射系統(DC Sputtering System)如圖 3-2所示，靶材裝在負極側，

基板裝在陽極側，濺鍍系統基本在高真空環境下，通入工作氣體，例如氬氣 ( )從氣體入口通入腔體(Chamber)內，接著在陰極加直流電壓，陽極接地，

使得兩電極之間會產生電場。因此電場下工作氣體氬氣解離而產生電漿 (Plasma)。氬離子( )帶正電荷，被陰極的負電壓吸引而加速，撞擊陰極的 靶材表面。

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圖 3-2 直流濺射系統

3.1.2 射頻濺鍍

射頻濺鍍系統(RF Sputtering System)如圖 3-3所示，與直流濺鍍工作原 理是相同，不同的是在兩電極之間加交流電壓，在直流濺鍍系統中，非導體 靶材時，當離子不斷撞擊靶材表面，在此時會造成靶材表面有正電荷累積的 問題，對撞擊靶材表面之陽離子造成斥力，而無法繼續進行濺鍍之工作。如 將直流改成交流，則因正負電壓互相交換時，電子受正電位之吸引而往靶材 方向前進，中和了靶材上的正電荷，因此解決了正電荷在非導體靶材上累積 的問題，而射頻濺鍍系統可製造介電質薄膜。

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圖 3-3 射頻濺鍍系統

3.1.3 磁控濺鍍

磁控濺鍍系統(Magnetron Sputtering System)，藉由靶材背面加裝兩極平 衡性的對稱磁鐵(如圖 3-4 所示)，使得靶材表面形成外磁場，促使電子運動 軌跡沿磁力線方向螺旋狀路徑迴旋前進，並將電子束縛於靶材表面特定環形 區域中，藉以增加電子與氬氣分子碰撞之機率。靶材表面亦將因該區域中，

擁有較高電子密度而生成大量離子，該局部區域將因高密度離子入射靶材而 形成明顯的消耗軌跡。磁控濺鍍之目的在利用磁場控制靶材前面的電子運動 軌跡及其分佈密度來改善靶材的濺射率，提高鍍膜的沉積速率。

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圖 3-4磁控濺鍍系統之兩極平衡性的對稱磁鐵[27]