以化學氣相沈積法成長碳氮化鎢薄膜

Abstract

本實驗以W(NtBu)2(NHtBu)2為反應起始物，分別與NEt2H及NEtMeH反應，成功地合成出雙亞胺基鎢錯合物，W(NtBu)2(NEt)2及W(NtBu)2(NEtMe)2。並以W(NtBu)2(NEt)2及W(NtBu)2(NEtMe)2作為單源前驅物，利用冷壁式反應器經低壓化學氣相沈積法成長碳氮化鎢薄膜。 以W(NtBu)2(NEt)2為前驅物經低壓化學氣相沈積成長薄膜之條件：前驅物氣化溫度為323K，沈積溫度為423K-923K，載流氣體為氫氣及未通載流氣體，在矽基材成長出均勻細緻的多品薄膜；薄膜經WDS分析結果為WCxNy(x = 0.2-0.8，y = 0.3-0.9)；在未通載流氣體及以氫氣為載流氣體時，薄膜中的含氮量隨沈積溫度升高而有下降的趨勢，通氬氣為載流氣體時，含氮量則大致維持不變；薄膜中的含碳量，在沈積溫度為823K時達到最高值。由ESCA測得：C15、N15、W4f7/2及W4f5/2的電子束縛能力分別是在283.0eV、397.30eV、31.6eV和33.7eV。可知薄膜中W、C、N三種元素是以均勻混合的鍵結形式存在，為一碳氮化鎢薄膜。根據Auger縱深探測光普圖所得結果：當薄膜濺射數分鐘後，顯示各元素均勻分佈在薄膜中。另外，從XRD光譜顯示：薄膜具有多晶形結構。反應過程中所產生之低沸點氣體產物，經GC-MS、RGA鑑定為H2、CH4、CH3CN和(CH3)2C=CH2以及少量的EtN=CMeH、Et2NH。從這些氣體產物的分析中推測其可能的反應途徑，tBuN和Et2N基可能以β-hydrgen elimination和γ-methy1 elimeination途徑活化分解。 本論文同時探討以W(NtBu)2(NEtMe)2為前物成長薄膜之特性。前驅物氣化溫度為320K，沈積溫度為773K-873K，以未通載流氣體及載流氣體為氫氣10sccm，在矽基材上沈積薄膜。經XRD分析結果為多晶形結構。從Auger縱深探測光譜圖之結果：濺射數分鐘後，鎢、碳和氮均勻分佈在薄膜中。從ESCA的C15、N15、W4f7/2及W4f5/2的電子束縛能結果，證明薄膜組成為碳氮化鎢。

The new complexes W(NtBu)2(NEt)2 and W(NtBu)2(NEtMe)2 were successfully synthesized by reacting W(NtBu)2(NHtBu)2 with excess NHEt2 and NHEtMe. They were used as single-source precursors to deposit thin films by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). Deposition of thin films on silicon was carried out at temperatures 723-823K in a cold-wall reator while the precursors were vaporized at 323K. The thin films were studied by WDS, ESCA, AES, XRD and SEM. Volatile products were identified by nuclear magnetic resonance (NMR), gas chromatography-mass (GC-MS) and residual gas analysis (RGA). Rrom these observations, decomposition of the tBuN- and Et2N- groups by β-hydrogen elimination and γ-methy1 elimination pathways are proposed.