沉積氣氛與穩定化熱處理對超高真空磁控濺鍍氧化鎢薄膜相轉變的影響

10.29808/JVSROC.200508.0003

廖文祿；蘇偉釧；游冠霖；林中魁；陳錦山

β-W ； WO2 ； WO3 ； 磁控濺鍍 ； 相轉變

真空科技

18卷2期（2005 / 08 / 01）

15 - 23

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本研究利用近乎沒有背景雜質氣體(≦1.0×10^(-9) torr)的超高真空反應性直流磁控濺鍍沉積系統，在固定氬分壓(P(下標 Ar)=1.0×10^(-3) torr)的生長環境下，輸入廣範圍之氧濺鍍分壓(P(下標 O)=1.0×10^(-6)~3.0×10^(-3) torr)，在Si基材上沉積含氧的金屬性鎢〔W(O)〕與半導體性的氧化鎢(WO(下標 x))薄膜，以瞭解O2/Ar的分壓比值（即P(下標 O/Ar)=1×1^(-3)~3.0）差異所造成的相與結構轉變與薄膜顯微結構、物理與電氣特性之變化。掠角X光繞射(XRD)、穿透式電子顯微(TEM)分析及電阻率與沉積速率之整合數據顯示：逐漸增加P(下標 O/Ar)會依序促發從A-15結構的奈米晶β-W(O)(P(下標 O/Ar)≤0.1)、類非晶質WO2(P(下標 O/Ar)=0.6)至類非晶WO3(P(下標 O/Ar)≥2.0)的一連串相轉變，而使薄膜呈現差別極大的導電度與沉積速率。類非晶WO2與WO3具有差異極大的化學計量與晶質穩定性，因此，經過不同氣氛(Ar、O2)的穩定化熱處理(500℃、700℃)以後會呈現不同的相轉變行為。本研究亦清楚地描繪廣範圍P(下標 O/Ar)(1×10^(-3)~3.0)所沉積的W(O)與WO(下標 x)等薄膜之相分佈狀態與對應之電阻率曲線，並利用靶材“中毒”程度與莫耳體積數據，得知這些薄膜的沉積速率變化機制。