以物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition, PVD）的方式來沉積薄膜，通常以濺鍍法（Sputtering）和蒸鍍法（Evaporation）為大宗。談到濺鍍（Sputtering Deposition），就一定要對濺射現象（Sputtering）有基本的了解。所謂濺射，跟撞球原理非常類似，是指固體表面受到帶有高能量粒子的衝擊，基於動量轉移（Momentum Transfer）的原理，固體表面的原子、分子等從帶有高能量粒子取得動能，由固體表面被擊出。濺鍍法即是利用上述濺射現象所發展出來的鍍膜技術。

濺鍍法有許多不同應用方式，因此有下列幾個主要的濺鍍技術：離子束濺鍍（Ion-beam sputtering）、離子輔助沈積（Ion-assisted deposition）、反應式濺鍍（Reactive sputtering）、高功率脈衝磁控濺鍍（High-power impulse magnetron sputtering，HIPIMS）及輝光放電濺鍍（glow sputtering）。本中心「奈米表面與磊晶技術」團隊所擁有的濺鍍式重點機台「共濺鍍薄膜沉積系統」，如圖一，即使用輝光放電濺鍍法來沉積薄膜。

圖一：本中心之共濺鍍薄膜沉積系統。

輝光放電的環境是利用動量傳遞的方式，將置於陰極的濺鍍靶源之原子團撞擊出來，在樣品上形成薄膜。輝光放電可分為直流輝光放電（DC glow discharge）及射頻輝光放電（RF glow discharge）。不同的電源供應能提供不同的沉積方式與製程速度。

一般傳統濺鍍系統沉積多元化合物或合金材料，往往必須重新調配材料壓製成多元靶材，不僅製備麻煩且對於欲使用之多元材料成份比例較不易掌控。本中心的共濺鍍系統是採用優貝克科技 (ULVAC) 日本原裝系統 (ACS-4000-C3) ，其優點在於能同時利用多個靶材進行濺鍍製程，濺鍍時所使用的工作氣體多為氬氣（Ar），主要因其化學鈍性高，因此不易與材料發生化學反應，而若是要濺鍍的是化合物薄膜，亦可以通入與被濺射出物質反應的氣體，如氧氣（O₂）、氮氣（N₂），在基板上相互反應生成所需的化合物薄膜，即可針對個別材料進行參雜及參數調整。

目前此共濺鍍機控制的電極為兩個直流DC電源及一個交流RF電源，一般而言，如果濺鍍材料有良好的導電性，我們可採用直流電源；若濺鍍材料屬於介電材質，則我們必須使用射頻交流電源以避免電荷的累積。

本中心的共濺鍍機有非常低的沉積速率，搭配旋轉載台裝置可獲得相當均勻及厚度相當薄之薄膜，且其薄膜品質再現性佳。舉例來說，中心近來代工之二氧化矽(SiO₂)薄膜沉積，在4吋Si晶圓基板上沉積110nm SiO₂薄膜，晶圓中央跟邊緣差距只有1~2nm，其標準差只有1nm（低於1%），顯示其均勻度極佳，如圖二。

圖二：共濺鍍二氧化矽薄膜均勻度。

本中心共濺鍍機可選用之沈積材料多（中心目前提供SiO₂、SiC、Al₂O₃、Al、Ag、ITO、ZnO、Ti、Ni、W、C、Nb、Mo等多樣鈀材），整體製造成本低，亦可以較低的溫度下製備高熔點材料的薄膜，且機台自動化程度高，在螢幕頁面可清楚顯示濺鍍進行時，所有濺鍍相關參數，包括濺鍍流程腔室壓力值、腔室溫度值、氣體流量控制器數值、基板旋轉速度及溫度、turbo pump工作效率值、RF及DC電子槍目前功率值等參數，以達即時監控濺鍍狀態之功用。

共濺鍍機為半導體製程中不可或缺的重點機台，可適用於電機、機械、電子、光學、材料等研究領域。成功大學微奈米科技研究中心提供24小時機台操作，及優秀的工程師協助操作及提供訓練教學的服務，歡迎洽詢利用。

◆ 聯絡窗口：鄭鈞鴻工程師、林志堅博士

◆ 儀器訓練課程：每月開課，歡迎報名。