本實驗中，我們可在 2×10-3 torr 的濺鍍壓力、射頻功率 200W 和 氬氣流量 9.5 sccm、氮氣流量 0.5 sccm 下，在砷化鎵基板上成長出非 晶質的鉭基氮化物，並可歸納以下一些結論：
1. 鉭基氮化物擴散阻礙層存在銅金屬和砷化鎵基板間，的確可以避免 銅鎵或銅砷化合物的介面相產生。
2. 非晶質的鉭基氮化物可經由 600℃左右的熱處理退火後，產生如
（100）、（002）、（101）、（102）等結構面的多晶 Ta2N。
3. 鉭基氮化物在銅膜和砷化鎵基板間，進行真空氣氛、溫度 575℃下 之退火一小時，可以壓抑銅金屬和砷化鎵間之擴散行為，而在 600
℃以上的溫度，則發現鉭砷、銅鎵等化合物。
4. 在雜質源砷或鎵氣氛下進行熱處理，並不能有效提升耐熱溫度和壓 抑銅金屬和砷化鎵間之擴散問題。
5. 鉭基氮化物的電阻率約為280~330μΩ-cm。
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圖 2-1 f.c.c 晶體結構
圖 2-2 砷化鎵晶體結構（閃鋅礦結構，zincblende）
圖 2-3 砷化鎵之電子漂移速度圖
圖 2-4 砷化鎵之能隙圖
圖 3-1 濺鍍實驗系統示意圖 substrat
heat cold water ion
shutte
power targe
N2
Ar
mechanica l turbo
pum valv
MFC
圖 3-2 實驗流程架構示意圖 TaNX 膜濺鍍
真空環境封管 鎵氣氛環境封管 砷氣氛環境封管
不同溫度退火
XRD 分析 SEM 分析
XPS 分析 XRD 分析
Cu 膜濺鍍
圖 3-3 真空封管系統架構圖
圖 3-4 真空封管過程示意圖
圖 3-5 置放雜質源的封管示意圖
圖 3-6 出爐時冷卻方法
圖 4-1 鉭基氮化物外層電子 4f7/2和 4f5/2軌域的束縛能（a）Ta（b）
Ta2N（c）TaN
圖 4-2 鉭基氮化物外層電子 4f7/2和 4f5/2軌域的束縛能（a）150W Si
（b）150W Glass（c）200W Si（d）200W Glass
圖 4-3 表 4-2 中 M、N、O、P 組的 X 光繞射圖譜(a) M (200W, 9.5/0.5) (b) N (150W, 9.5/0.5) (c) O (150W, 13/0.5) (d) P (150W, 18/0.5)
圖 4-4 表 4-2 中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組的 X 光繞射圖譜(a)Ⅰ(50W, 5/0) (b)
Ⅱ(50W, 5/0.5) (c) Ⅲ(100W, 7.5/0) (d) Ⅳ(100W, 7.5/1)
圖 4-5 表 4-2 中Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ組的 X 光繞射圖譜(a)Ⅴ(150W, 7.5/1) (b)Ⅵ(175W, 6.5/1) (c)Ⅶ(175W, 8.5/1) (d)Ⅷ(200W, 9.5/0.5)
圖 4-6 真空氣氛、不退火情況下的 X 光繞射圖譜（a）無鉭基氮化物 阻礙層（Cu/GaAs）（b）有鉭基氮化物阻礙層（Cu/TaNx/GaAs）
圖 4-7 真空氣氛、不同熱處理一小時下，鉭基氮化物在砷化鎵基板 和銅膜間〔Cu(324nm) / TaNx (141nm) / GaAs〕的 X 光繞射 圖譜（a）未退火（b）500℃（c）600℃
圖 4-8 鉭 基 氮 化 物 在 砷 化 鎵 基 板 和 銅 膜 間 〔 Cu(284nm)/TaNx (212nm)/GaAs〕退火一小時後的 X 光繞射圖譜（a）575℃ （b）
625℃
圖 4-9 鉭基氮化物在玻璃基板上退火一小時後的 X 光繞射圖譜（a）
未退火（b）400℃（c）500℃（d）600℃
圖 4-10 鎵氣氛環境、不同基板〔Cu (284nm)/ TaNx (212nm)/ Sub.〕、
不同溫度下退火一小時後的 X 光繞射圖譜（a）600℃玻璃基 板（b）600℃砷化鎵基板（c）650℃砷化鎵基板
圖 4-11 砷氣氛環境、不同基板〔Cu (284nm)/ TaNx (212nm)/ Sub.〕、
不同溫度下退火一小時後的 X 光繞射圖譜（a）575℃砷化鎵 基板（a1）575℃玻璃基板（b）600℃砷化鎵基板（b1）600
℃玻璃基板（c）650℃砷化鎵基板
（a）
（b）
圖 4-12 真空氣氛下（a）不退火（b）575℃退火一小時後，鉭基氮化 物在矽基板上（TaNx/Si）經酸蝕刻後表面之 SEM 圖
（c）
（d）
圖 4-12（續上）真空氣氛下（c）650℃（d）700℃退火一小時後，鉭 基氮化物在矽基板上（TaNx/Si）經酸蝕刻後表面之 SEM 圖
（a）
（b）
圖 4-13 真空氣氛下（a）575℃（b）700℃退火一小時後，銅膜在鉭基氮化物上
（Cu/TaNx/Si）經酸蝕刻後表面之 SEM 圖
晶格常數( Lattice constant ) 5.65 Å
密度( Density ) 5.317 g/cm3
原子密度( Atomic density ) 4.4279×1022 atoms/cm3
原子量( Molecular weight ) 144.642
線性膨脹係數( Linear expansion coefficient ) 5.73×10-6 K-1
比熱( Specific heat ) 0.327 J/g-K
晶格熱導率( Lattice thermal conductivity) 0.55 W/cm-K 相對介電常數( Relative dielectric constant ) 12.85
能隙( Bandgap ) 1.423 eV
臨限電場( Threshold field ) 3.3 KV/cm
最大漂移速度( Peak drift velocity ) 2.1×107 cm/s 電子遷移率( Electron mobility ) 8500 cm2/V-s 電洞遷移率( Hole mobility ) 400 cm2/V-s
熔點( Melting point ) 1238℃
表 2-1 砷化鎵在室溫時（300 K）之特性
鉭金屬和鉭基氮化物
的種類 結 構 晶格常數
（Lattice parameter）
電阻率
Body-centered
cubic system a = 3.370 Å 80
Ta2N ( ã-phase )
Hexagonal close-packed system
as = 5.283 Å
金屬/砷化鎵 穩定溫度 不穩定
發生溫度 不穩定時產生現象
Au/GaAs - 250℃ Au causes dissociation of GaAs Ga migrates into Au
Pt/n-GaAs - 350℃ PtAs2、PtGa
Ti/GaAs 300℃ 400-500℃
產生 Ti/TixGa1-x/TiAs/GaAs 的結構 低溫退火產生 Ti2Ga3、TiAs
高溫退火產生 Ti5Ga4、Ti5As3
W/GaAs 500-550℃ 600℃
介面附著力變差且存在高應力，使得鎢膜剝 落 (The W film peels off due to poor adhesion and high stress in the interface) Au/TiW/GaAs 600℃-15hr -
WSi0.64/GaAs 850℃ -
MoSi2/GaAs 800℃ -
Si/Ta/Si/GaAs 800℃ 920℃-20min TaSi2
Cu/Ti/GaAs - 350-450℃ CuTi、Cu3Ti
Cu Cubic
CuGa2 Tetragonal
d (A) Intensity(I/I0) (h k l) 2Θ
1.973 20 212 46.0
Cu5As2 Orthorhombic
d (A) Intensity(I/I0) (h k l) 2Θ
1.374 50 004 68.3
1.365 10 181 68.8
1.345 40 361 69.9
1.327 60 440/352 71.0
1.316 40 323/402 71.7
CuAs2 Monoclinic
d (A) Intensity(I/I0) (h k l) 2Θ
Ta Cubic
TaN Hexagonal
d (A) Intensity(I/I0) (h k l) 2Θ
TaAs Tetragonal
1.330 3 500 70.8
1.320 7 004 71.5
1.298 2 223 72.9
1.272 1 412 74.6
1.257 4 420 75.7
1.248 1 114 76.3
1.244 7 331 76.6
1.227 1 204 77.9
1.195 1 510 80.4
1.188 12 502 80.9
1.169 6 214 82.5
1.152 7 332 84.0
1.134 5 304 85.6
組別 試片 r.f. power
(W) Ar/N2 (sccm) 4f7/2 B.E. (eV)
4f5/2
B.E. (eV) N / Ta (at.）
A TaNx / Si 100 6 / 2 24 25.4 9.99
B TaNx / Glass 100 6 / 2 24.4 26.2 6.63
C TaNx / Si 100 7 / 3.5 24.4 26.2 8.62
D TaNx /Si 100 7 / 3.5 24.2 26.2 8.80
E TaNx /Si 100 8 / 2 24.4 25.8 5.76
F TaNx /Si 100 8 / 2 24.2 25.4 7.00
G TaNx /Si 100 7 / 7 24.6 26.2 11.66
H TaNx / Glass 100 7 / 7 25 27.2 8.35
I TaNx /Si 150 9.5 / 0.5 20.8 22.6 4.04
J TaNx / Glass 150 9.5 / 0.5 22 23.6 4.75
K TaNx /Si 200 9.5 / 0.5 21.2 23 8.56
L TaNx / Glass 200 9.5 / 0.5 21.8 23.4 3.17 表 4-1 XPS 數據整理表格（以上成長壓力均為 2 m torr）
組別 靶材 試片 r.f. power
組別 試片 靶材
表 4-4 EPMA（以上各組成長壓力均為 2m torr）
P 組 Ta N Ta/N
No.1 85.828 14.172 6.056 No.2 88.587 11.413 7.762 No.3 87.452 12.548 6.969 Average 87.289 12.711 6.867 成長條件：150W Ar/N2= 18/0.5 Ta : N = 6.87：1
M 組 Ta N Ta/N
No.1 82.622 17.378 4.754 No.2 83.716 16.285 5.141 No.3 83.311 16.689 4.992 Average 83.216 16.784 4.962 成長條件：200W Ar/N2=9.5/0.5 Ta : N = 4.96：1