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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:曾志偉
論文名稱:氯氣與氬氣混合電漿蝕刻製程之蝕刻剖面研究
指導教授:林強林強引用關係柳克強
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:蝕刻蝕刻側壁傾斜角度氯氣氬氣混合電漿蝕刻率
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由於元件線寬的要求,高密度電漿蝕刻在半導體製程上已廣泛應用,但複雜的物理與化學蝕刻機制,會造成蝕刻結構的變化及傷害。許多研究致力於此方面的改善,使用混合氣體為其中一種方式,在工作氣體中加入氬氣,可改變化學沉積部份之機制,達到控制溝渠側邊角度,以獲得較佳製程結構。
本實驗旨在研究氯氣、氬氣混合電漿對模組化之多晶矽進行蝕刻,研究之操作參數包含電漿源功率、偏壓電壓、腔體壓力及氬氣流量百分比,在蝕刻過程中使用阻抗計所量測到之信號控制偏壓電壓為定值,使用光譜儀及射頻阻抗計進行氯原子光譜強度及離子電流之量測,並利用實驗設計進行完整分析。
由實驗結果分析得知:電漿功率與偏壓電壓增加時,蝕刻率會明顯上升;氬氣比例增加,會使得蝕刻率下降。偏壓電壓增加時,蝕刻側壁傾斜角度Φ減小;氬氣比例增加,會使得蝕刻側壁傾斜角度Φ增加。
目錄
頁次
摘要
目錄
圖目錄
表目錄
第一章 簡介………………………………………………………1
第二章 文獻回顧……………………………………………………4
第三章 蝕刻機制與原理………………………………………………9
3.1 基本電漿蝕刻機制…………………………………………9
3.2 氯氣與氬氣混合電漿蝕刻機制……………………………11
3.3 蝕刻剖面反應機制………………………………………15
第四章 實驗設計方法………………………………………………19
4.1 實驗設計介紹………………………………………………19
4.2 田口式實驗設計法…………………………………………20
4.2.1平均值分析……………………………………………21
4.2.2 變異數分析……………………………………………23
4.2.3 驗證實驗………………………………………………24
第五章 實驗設備與量測系統………………………………………27
5.1 實驗機台(ICP電漿蝕刻系統) …………………………27
5.2 量測系統……………………………………………………30
5.2.1 阻抗計……………………………………………………30
5.2.2 光學放射光譜儀…………………………………………31
5.2.3 場發射式電子顯微鏡……………………………………32
第六章 實驗步驟……………………………………………34
6.1 實驗流程…………………………………………34
6.2 光譜儀波長選取…………………………………36
6.3 阻抗量測計………………………………………38
第七章 實驗結果與討論……………………………………39
7.1 實驗數據…………………………………………39
7.2 直交表分析………………………………………44
7.2.1 離子光訊號與離子電流分析…………………44
7.2.2 氯原子光訊號分析……………………………48
7.2.3蝕刻產物光訊號分析…………………………52
7.2.4蝕刻產物相對濃度分析………………………55
7.2.5蝕刻剖面分析…………………………………58
7.2.6蝕刻率分析……………………………………60
第八章 結論………………………………………………62
圖目錄
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圖3.1 蝕刻機制圖…………………………………………………9
圖3.2 多晶矽蝕刻剖面圖…………………………………………16
圖3.3 蝕刻側壁傾斜角圖…………………………………………16
圖3.4 離子入射角度圖…………………………………………17
圖4.1 因子效果圖……………………………………………22
圖5.1 300mm電感式電漿蝕刻系統實體圖………………29
圖6.1 晶圓結構示意圖………………………………………35
圖6.2蝕刻製程中之光譜…………………………………37
圖6.3 蝕刻產物之光譜……………………………………38
圖7.1蝕刻製程中光強度變化(電漿功率1200 W,偏壓電
壓50 V,氬氣百分比30%,腔體壓力12.5 mTorr)…… 4 2
圖7.2蝕刻製程中光強度變化(電漿功率1200 W,偏壓電
壓75 V,氬氣百分比10%,腔體壓力10 mTorr)…… 4 2
圖7.3蝕刻製程中阻抗計信號變化………………………43
圖7.4離子光強度主效應圖………………………………46
圖7.5離子電流主效應圖…………………………………46
圖7.6氯原子光強度主效應圖……………………………50
圖7.7氯原子光強度/離子電流主效應圖………………50
圖7.8 SiCl光強度主效應圖……………………………53
圖7.9 Si光強度主效應圖………………………………53
圖7.10 SiCl光強度/離子電流主效應圖………………………57
圖7.11 Si光強度/離子電流主效應圖…………………………57
圖7.12蝕刻剖面角度主效應圖………………………………59
圖7.13蝕刻率主效應圖……………………………………61
表目錄
頁次
表4.1 L9表……………………………………………………20
表 4.2 變異數分析表……………………………………………23
表 6.1 晶圓製作流程……………………………………………36
表7.1實驗參數設定…………………………………………39
表 7.2 L9表實驗組合…………………………………………39
表 7.3 離子光強度與離子電流………………………………40
表 7.4原子與產物光強度……………………………………40
表 7.5光強度除以離子電流…………………………………43
表 7.6離子光強度與離子電流主效應值……………………45
表 7.7離子光強度之變異數分析表…………………………47
表 7.8離子電流之變異數分析表…………………………48
表 7.9氯原子光強度與氯原子光強度/離子電流主效應值…49
表 7.10氯原子光強度之變異數分析表…………………………51
表 7.11氯原子光強度/離子電流之變異數分析表……………51
表 7.12 SiCl光強度與Si光強度之主效應值………………52
表 7.13 SiCl光強度之變異數分析表…………………………54
表 7.14 Si光強度之變異數分析表……………………………54
表 7.15 SiCl與Si光強度/離子電流之主效應值……………55
表 7.16 SiCl光強度/離子電流之變異數分析表………………57
表 7.17 Si光強度/離子電流之變異數分析表…………………57
表 7.18 蝕刻剖面角度主效應值………………………………58
表 7.19 蝕刻剖面角度之變異數分析表………………………59
表 7.20 蝕刻率主效應值………………………………………60
表 7.21 蝕刻率之變異數分析表………………………………61
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