銅薄膜於二硫化鉬之表面之凡德瓦磊晶及其導電特性

Abstract

本篇論文我們有兩個主軸，第一個主軸是透過射頻濺鍍，預鍍的過渡金屬經過硫化系統製備成二硫化鉬基板並利用電子束蒸鍍系統在二硫化鉬基板蒸鍍銅薄膜，藉由熱退火以和改變基板成長溫度以及在二硫化鉬基板鍍上一層金薄膜作為中介層等方法，期望可以透過二硫化鉬基板得到較大粒徑且導電連續的銅薄膜。且同時透過原子力顯微鏡、X光繞射分析儀、四點探針量測等分析工具，從原子力顯微鏡的表面分析中能觀察到銅薄膜是大面積且均勻的堆疊成長在二硫化鉬基板的表面，從X光繞射分析儀判斷銅在二硫化鉬基板的表面之結晶品質，藉由四點探針量測算出銅薄膜片電阻來判斷銅薄膜成長在二硫化鉬基板表面的導電性，銅薄膜的片電阻與理論值並不一致，我們推斷可能是我們選擇的二硫化鉬基板其表面粗糙度以及薄膜連續性間接影響銅薄膜的成長。因此，我們延伸出第二個主軸，第二個主軸我們則是透過原子層沉積法沉積三氧化鉬在藍寶石基板表面，並經過硫化系統製備出二硫化鉬基板，透過原子力顯微鏡分析發現利用原子層沉積法製備出的二硫化鉬基板具有較平整且連續的表面，同時我們也加入其他常用基板進行比較，與第一個主軸相同，利用電子束蒸鍍系統使用一樣的蒸鍍條件在不同基板蒸鍍銅薄膜，期望能得到接近銅薄膜理論值的電阻率，最後我們於室溫條件下鍍20 nm的銅薄膜於原子層沉積法製備出的二硫化鉬基板獲得較接近理論值的薄膜電阻，其數值為4.75 Ω /□ 。由於半導體元件尺寸的縮小，IC製程裡阻障層的選擇成為半導體製程中關鍵的一環，因此本論文於二硫化鉬表面上以凡德瓦磊晶機制成長銅薄膜，成功以2D-3D的方式結構堆疊，驗證了這種生長機制下晶格常數匹配不是成長時優先考慮的重點，期望未來能在導線中加入此應用。