簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 張貴惠
論文名稱: 以三氯化硼蝕刻高介電係數材料HfAlO之表面分析與蝕刻機制研究
指導教授: 蔡春鴻
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: 91
中文關鍵詞: 電漿蝕刻二氧化鉿氧化鋁原子力顯微鏡化學分析電子儀高介電係數材料
外文關鍵詞: plasma, etch, HfO2, Al2O3, AFM, ESCA, XPS, high dieletric material
相關次數: 點閱:3下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本研究以電感耦合式高密度電漿蝕刻機台來研究蝕刻HfAlO(1:1)、矽晶圓蝕刻特性,實驗操作參數為固定氣體比例BCl3/Ar(40/2 sccm),改變電漿源功率、偏壓功率、腔體壓力和蝕刻時間,研究這些參數對蝕刻率、選擇比的影響,及其蝕刻機制探討。

    綜合所有的實驗參數結果,發現最佳製程操作點落在ICP power 500 W、Pressure 10 mTorr、Bias power 10~15 W之間 ,若要進行過蝕刻製程,則需降低Bias power至10 W以下,而HfAlO(1:1) / Si蝕刻選擇比可達10以上。

    從XPS分析得知,蝕刻過後HfAlO(1:1)試片表面有B與O的鍵結;而Si試片表面有B與Si的鍵結。由於B加速O的移除導致HfAlO (1:1)蝕刻速率上升;B與Si產生鍵結有鈍化的效果,導致蝕刻速率下降,於是HfAlO (1:1)/Si蝕刻選擇比,比在Cl2電漿中提升很多。


    The etching properties of HfAlO and silicon wafer with pattern were investigated using inductively coupled high density plasma etcher. The effects of the experimental parameters, including ICP power, bias power, pressure and etch time, on the etch rate and selectivity were studied. The gas species and ratio were fixed at BCl3/Ar and 40/2 sccm. In order to study the etch mechanism and surface roughness, we observed the etched sample by electron spectroscopy for chemical analysis (XPS) and atomic force microscopy (AFM).

    It was found that the best operation setpoint was at icp power 500 W, pressure 10 mTorr, bias power 10 W~15 W. The over etch process must be operrated under the bias power 10 W. Surface roughness was increased with etch rate increased.

    From XPS analysis, we oberseved that the B-O bonds on etched HfAlO suface and B-Si bonds on etched Si surface. Because the reducing chemistry of boron removes oxygen to increase HfAlO etch rate, and passivation chemistry of boron bonds silicon to decrease Si etch rate. The resulting selectivity of HfAlO/Si was improved to above 10 in BCl3 plasma, much higher than in Cl2 plasma.

    第一章 簡介 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究目的 3 第二章 文獻回顧 4 2-1 高介電係數材料的介紹與選擇 4 2-2 ZrO2薄膜之電漿蝕刻 10 2-3 HfO2薄膜之電漿蝕刻 13 2-4 Al2O3薄膜之電漿蝕刻 19 2-5 ZrAlO薄膜之電漿蝕刻 23 第三章 基本原理 26 3-1 電漿形成原理 26 3-2 電漿蝕刻特性 28 3-3 電漿蝕刻機制 29 3-4 氯基(chlorine based)電漿與矽蝕刻反應機制 32 第四章 實驗設備與量測系統 34 4-1 感應耦合式電漿源蝕刻系統 34 4-2 化學分析電子儀(ESCA;XPS) 38 4-3 原子力顯微鏡(AFM) 41 第五章 實驗結果與討論 45 5-1 實驗步驟 45 5-2 輸入功率調變實驗 50 5-2-1 HfAlO(1:1)表面化學與表面型態分析 50 5-2-2 Si表面化學與表面型態分析 53 5-3 偏壓功率調變實驗 56 5-3-1 HfAlO(1:1)表面化學與表面型態分析 58 5-3-2 Si表面化學與表面型態分析 61 5-4 壓力調變蝕刻實驗 67 5-4-1 HfAlO(1:1)表面化學與表面型態分析 68 5-4-2 Si表面化學與表面型態分析 71 5-5 蝕刻時間調變實驗 74 5-5-1 Si蝕刻深度隨蝕刻時間調變實驗-----1 74 5-5-2 Si蝕刻深度隨蝕刻時間調變實驗-----2 75 5-5-3 HfAlO蝕刻深度隨蝕刻時間調變實驗 77 5-6 BCl3電漿中蝕刻選擇比提升之原因探討 81 第六章 結論與建議 85 6-1 結論 85 6-2 建議 87 參考文獻 88 附錄 90

    1.J. Robertson, Eur. Phys. J. Appl. Phys. Vol. 28, 265(2004)
    2.J. P. Chang, Y-S. Lin, S. Berger et al., J. Vac. Sci. Technol. B Vol. 19, 2137(2001)
    3.沈尚賢, 國立清華大學工程與系統科學研究所碩士論文(2005)
    4.G. D. Wilk, R. M. Wallace, and J. M. Anthony, J. Appl. Phys. Vol. 87, 454(2000)
    5.Y. Kim, G. Gebara, M. Frelier, J. Barnett, D. Riley, J. Chen, K. Torres, J. E. Lim, B. Foran, F. Shaapur, A. Agarwal, P. Lysaght, G. A. Brown, et., IEDM Tech. Dig., 455(2001)
    6.M.-Y. Ho, H. Gong, G. D. Wilk, B. W. Busch, M. L. Green et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 81, 4218(2002)
    7.Lin Sha and Jane P. Chang, J. Vac. Sci. Technol. A Vol. 21, 1915(2003)
    8.Lin Sha, Ragesh Puthenkovilakam, You-Sheng Lin, and Jane P. Chang, J. Vac. Sci. Technol. B Vol. 21, 2420(2003)
    9.Jinghao Chen, Won Jong Yoo, Zerlinda YL Tan, Yingqian Wang, and Daniel S.H. Chan, J. Vac. Sci. Technol. A Vol. 22. 1552(2004)
    10.M. Hélot, T. Chevolleau, L. Vallier, O. Joubert, E. Blanquet, A. Pisch, P. Mangiagalli and T. Lill, J. Vac. Sci. Technol. A Vol. 24, 30(2006)
    11.Y.J. Sung et al., Materials Science and Engineering B Vol. 82, 50 (2001)
    12.Dong-Pyo Kim, Ji-Won Yeo, Chang-Il Kim, Thin Solid Films Vol. 459, 122 (2004)
    13.K. Pelhos et al, J. Vac. Sci. Technol. A Vol. 19. 1361(2001)
    14.Hong Xiao, 半導體製程技術導論 羅正中、張鼎張 譯, 歐亞, (2003)
    15.張正宏,國立清華大學工程與系統科學系博士論文,(2003)
    16.微電子材料與製程 http://pilot.mse.nthu.edu.tw/micro/
    17.Young D. Lee, H. Y. Chang, and C. S. Chang, J. Vac. Sci. Technol. A Vol. 18, 2224 (2000)
    18.美商譜特股份有限公司台灣分公司, ESCA 化學分析電子儀 對客戶簡介簡報資料
    19.原子力顯微鏡 http://elearning.stut.edu.tw/caster/3/no6/6-2.htm
    20.元素特性 http://www.webelements.com/
    21.C. Wang and V. M. Donnelly, J. Vac. Sci. Technol. B Vol. 23, 547 (2005)
    22.W. J. Zhu et al., IEEE Electron Device Letters, Vol. 23, 649 (2002)
    23.江欣達, 國立清華大學工程與系統科學研究所碩士論文(2004)
    24.Hyo Sik Chang et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 84, 28(2004)
    25.P. F. Lee et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 82, 28(2003)
    26.Deok-Yong Cho et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 86, 041913(2005)
    27.Moonju Cho et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 94, 2563(2003)
    28.Hua Jin et al., Journal of the Korean Physical Society. Vol. 45, 1292(2004)
    29.P.F. Lee et al., Ceramics International Vol. 30, 1267(2003)
    30.O. Renault et al., Appl. Phys. Lett. Vol. 81, 3627(2002)

    無法下載圖示 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)

    QR CODE