利用放射光譜分析法監測電感式氯氣電漿蝕刻多晶矽過程之動態變化

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研究生：	賴志誠
論文名稱：	利用放射光譜分析法監測電感式氯氣電漿蝕刻多晶矽過程之動態變化
指導教授：	林滄浪柳克強
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	115
中文關鍵詞：	電感耦合式氯氣電漿、多晶矽、蝕刻、腔壁狀態、射頻偏壓功率
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蝕刻電漿源為複雜的系統，許多因素都會影響電漿狀態，進而改變蝕刻製程結果，當中蝕刻產物與腔壁狀態扮演的角色，是目前瞭解較少且受較多矚目的部份，並且對氯氣電漿蝕刻矽製程表現與穩定性相當重要。本研究使用電感耦合式氯氣電漿蝕刻多晶矽，利用電漿放射光譜量測系統、微波感測器、橢圓儀、射頻阻抗計分別量得Cl2、Cl、SiClX相對濃度、電漿密度、多晶矽膜厚、射頻偏壓功率的峰值電壓與到達晶片的離子電流之即時數據。首先使用不同射頻偏壓功率蝕刻6吋多晶矽晶圓，蝕刻率不同，產物產率也不同，探討蝕刻過程中各氣相物種濃度之動態變化趨勢與機制，瞭解蝕刻反應與蝕刻產物對電漿環境的影響，與腔壁特性所扮演的角色。並使用3×3 cm2之較小面積多晶矽切片進行蝕刻實驗，觀察在較小蝕刻面積時各氣相物種濃度動態變化的差異。最後使用氬氣電漿進行濺射蝕刻6吋多晶矽晶圓實驗，比較不同蝕刻機制間，各氣相物種濃度動態變化間的差異。蝕刻時會消耗氯原子且新增矽氯產物，造成Cl2、Cl、SiClX濃度與電漿密度有明顯變化，變化程度隨蝕刻率不同而有所差異。蝕刻剛開始時多晶矽蝕刻率上升至穩態的時間隨射頻偏壓功率越低而越長，最可能的原因是轟擊晶圓的離子能量隨射頻偏壓功率不同，影響多晶矽表面氯化層形成穩定平衡的蝕刻狀態過程相關。此外蝕刻初期新增的大量產物，造成腔壁狀態將處於矽氯化物吸附量漸增的動態過渡期，導致各物種在腔壁表面的吸附、去吸附機率與氯原子在壁上復和成氯分子的機率都隨之改變，進而促使電漿環境出現相應的動態變化。射頻偏壓功率關掉後，失去高能離子輔助蝕刻，驟減的矽氯產物產量與濃度，造成腔壁表面矽氯化物吸附量持續漸減，導致腔壁狀態與電漿環境進入另一個動態變化期。此外射頻偏壓功率關掉後，多晶矽仍有緩慢蝕刻。在蝕刻3×3 cm2多晶矽切片時，因為產物產率明顯少於蝕刻6吋多晶矽，所以造成腔壁狀態與電漿環境有更長時間的動態變化。用氬氣電漿蝕刻多晶矽實驗，因為機制為物理濺擊，不同於氯氣電漿的離子輔助化學蝕刻，所以在射頻偏壓功率一開啟，蝕刻產物濃度幾乎立刻上升至穩定，在不同射頻偏壓功率下都是如此，不同於氯氣電漿蝕刻時有明顯之蝕刻初始的暫態變化階段。

第一章 簡介.......................................................................................................1
1 研究背景.................................................................................................1
2 研究動機.................................................................................................2
3 研究目的.................................................................................................4
第二章 文獻回顧...............................................................................................5
1 電感耦合式含氯電漿蝕刻多晶矽實驗文獻.........................................5
2 電感耦合式氯氣電漿蝕刻多晶矽模擬文獻.........................................9
3 文獻回顧總結.......................................................................................10
第三章 基本原理.............................................................................................12
1 電漿.......................................................................................................12
2 電感耦合式電漿源...............................................................................12
3 電漿蝕刻製程.......................................................................................14
4 氯氣電漿蝕刻多晶矽...........................................................................16
5 電漿光發射（Optical Emission）與光量測定法（Actinometry）...........17
5.1 電漿光發射..................................................................................18
5.2 光量測定（Actinometry）..............................................................20
第四章 實驗設備與量測系統.........................................................................23
1 電感耦合式電漿機台...........................................................................23
2 光譜儀系統...........................................................................................26
3 微波感測器...........................................................................................31
4 射頻阻抗器...........................................................................................32
5 相位調變式橢圓儀...............................................................................37
第五章 實驗步驟.............................................................................................39
1 多晶矽晶圓與切片...............................................................................39
2 光譜儀量測波長校正...........................................................................41
3 氯氣混氬氣電漿光譜...........................................................................43
4 曲線擬合求放射光強度.......................................................................46
第六章 實驗結果與討論.................................................................................50
1 實驗說明...............................................................................................50
1.1 實驗一說明..................................................................................50
1.2 實驗二說明..................................................................................51
1.3 實驗一說明..................................................................................52
1.4 實驗二說明..................................................................................53
2 實驗一結果...........................................................................................55
2.1 偏壓功率與平均蝕刻率..............................................................62
2.2 氯分子與氯原子相對濃度..........................................................62
3 矽蝕刻產物相對濃度隨時變化趨勢...................................................65
3.1 趨向「乾淨」的腔壁......................................................................66
3.2 射頻偏壓功率開啟初期產物相對濃度漸增暫態......................70
3.2.1 蝕刻率暫態現象與機制......................................................73
3.2.1.1 天然氧化層.................................................................74
3.2.1.2 影響多晶矽蝕刻率的參數.........................................75
3.2.2 蝕刻率暫態與產物濃度漸增暫態機制..............................82
3.2.2.1 中性蝕刻產物擴散平衡.............................................84
3.2.2.2 產物濃度增加與真空系統泵送速度.........................86
3.2.2.3 腔壁狀態.....................................................................88
3.3 偏壓關掉後產物相對濃度指數下降..........................................92
3.3.1 產物濃度下降與真空系統泵送速度 ................................95
3.3.2 殘留蝕刻率現象與機制......................................................96
3.3.2.1 表面氯化層或離子轟擊增溫.....................................99
3.3.2.2 殘留「髒」腔壁...........................................................100
4 實驗二結果.........................................................................................101
5 實驗三結果.........................................................................................105
6 實驗四結果.........................................................................................107
第七章 結論....................................................................................................111

                                

[1] T. W. Kim, S. J. Ullal, V. Vahedi, and E. S. Aydil, J. Vac. Sci. Technol. A 21, 589 (2003).
[2] G. Cunge, M. Kogelschatz, O. Joubert, and N. Sadeghi, Plasma Sources Sci. Technol. 14, S42 (2005).
[3] G. Cunge, M. Kogelschatz, and N. Sadeghi, Plasma Sources Sci. Technol. 13, 522 (2004).
[4] G Cunge, R. L. Inglebert, O. Joubert, L. Vallier, and N. Sadeghi, J. Vac. Sci. Technol. B 20, 2137 (2002).
[5] T. W. Kim and E. S. Aydil, J. Electrochem. Soc. 150, G418 (2003).
[6] G. Cunge, M. Kogelschatz, and N. Sadeghi, J. Appl. Phys. 96, 4578 (2004).
[7] K. Nanbu, T. Morimoto, and M. Suetani, IEEE Trans. Plasma Sci. 27, 1379 (1999).
[8] M. Shiozawa and K. Nanbu, Jpn. J. Appl. Phys. 41, 2213 (2002).
[9] M. A. Liberman and A. J. Lichtenberg, Principle of Plasma Discharges and Materials Processing, Wiley, New York, (1994).
[10] M. M. Dennis, L. F. Daniel, Plasma Etching:An Introduction, Academic, New York, (1989).
[11] 徐重仁，“電感是電漿原汁光譜量測與分析”，國立清華大學工程與系統科學系碩士論文（1999）。
[12] http://www.oceanoptics.com/homepage.asp
[13] 鄭景元，“應用於監測電漿製程系統中電漿密度之傳輸線式微波干涉儀之研製”，國立清華大學工程與系統科學系碩士論文（2006）。
[14] R. Patrick, S. Baldwin, and N. Williams, J.Vac. Sci. Technol. A 18, 405 (2000).
[15] 沈尚賢，“高介電係數材料二氧化鉿之氯氣/氬氣混合電漿蝕刻製程研究”，國立清華大學工程與系統科學系碩士論文（2005）。
[16] 張正宏，“在極大型積體電路製造中電感耦合式電漿源之先進蝕刻製程控制研究”，國立清華大學工程與系統科學博士論文（2003）。
[17] M. A. Sobolewski, J. Appl. Phys. 90, 2660 (2001).
[18] 郭俊儀，“發展相位調變式橢圓儀即時監控半導體蝕刻製程”，國立清華大學工程與系統科學碩士論文（2004）。
[19] http://www.jawoollam.com/tutorial_1.html
[20] V. M. Donnelly., J. Vac. Sci.Technol. A 14, 1076 (1996).
[21] http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html
[22] K. H. A. Bogart and V. M. Donnelly, J. Appl. Phys. 86, 1822 (1999).
[23] V. M. Donnelly, J.Appl. Phy. 79, 9353 (1996).
[24] L. Sha and J. P. Chang, J. Vac. Sci.Technol. A 22, 88 (2004).
[25] J. P. Chang and H. H. Sawin, J. Vac. Sci. Technol. A 15, 610 (1997).
[26] 林紋倩，“電感式氯氣電漿之射頻鞘層模擬及其在蝕刻輪廓預測上之應用”，國立清華大學工程與系統科學碩士論文（2001）。
[27] Z. H. Walker and E. A. Ogryzlo, J. Appl. Phys. 69, 548 (1991).

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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