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研究生:陳雁玲
研究生(外文):Chen Yen-Ling
論文名稱:氟化非晶質碳膜在低介電常數及場發射冷陰極材料之應用
論文名稱(外文):The applications of fluorinated amorphous carbon films on low-k and field emitters materials
指導教授:施漢章
指導教授(外文):Han C. Shih
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:氟化非晶質碳膜低介電常數場發射冷陰極材料
外文關鍵詞:fluorinated amorphous carbon filmslow-kfield emitters
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本實驗以電子迴旋共振之化學氣相沈積法(ECR-CVD)合成氟化非晶質碳膜,氟化非晶質碳膜具有非常低的介電常數值(< 2.5)及漏電流,但氟原子的添加會導致薄膜中平均配位數的下降,減少交聯鍵結結構,因此具有較差的熱穩定性,另一方面由於C-F鍵結的低極化率,低表面張力,導致氟化非晶質碳膜的表面具有非親水性,與金屬材料的附著性極差。
因此為了減少氟化非晶質碳膜表面的氟原子含量,本實驗藉由乙炔/氮氣電漿表面處理技術進而改變氟化非晶質碳膜表面之物理及化學性質,有效降低表面氟原子的含量,在經過400℃的退火處理後,薄膜表面氮含量些微下降,氟含量些微上升,推測可有效減少介電常數值。另一方面退火處理降低了dangling bonds、network voids等缺陷,薄膜內應力也可藉由退火處理的過程而釋放。
另外非晶質碳膜具有負陰電之親和性、較高的熱傳導性以及低的功函數,因此被視為良好的場發射材料。本實驗所合成之氟化非晶質碳膜可獲得非常低的功函數及起始電場,穩定性高。

目 錄
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
Ⅰ、低介電常數材料 3
2.1時間延遲效應(RC delay) 3
2.2低介電材料基本性質之要求 7
2.3介電理論 13
2.3.1極化機制 13
2.3.2漏電流機制 17
2.4低介電常數材料之簡介 17
2.4.1二氧化矽(SiO2) 17
2.4.2氟化二氧化矽(fluorosilicate glass, SiOF) 18
2.4.3氟化非晶質碳膜(fluorinated carbon film) 18
2.4.4多孔性二氧化矽(porous silica) 18
Ⅱ、場發射冷陰極材料 18
2.5非晶質碳膜在電子場發射的應用 18
第三章 實驗步驟與流程 36
3.1實驗步驟 18
3.1.1試片準備 18
3.1.2沈積系統-電子迴旋共振之化學氣相沈積系統(electron cyclotron resonance chemical vapor deposition,ECR-CVD) 18
3.2實驗流程 41
3.2.1低介電常數材料 18
3.2.2場發射冷陰極材料 18
3.3分析儀器及量測原理 18
3.3.1掃瞄式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM) 18
3.3.2原子力顯微鏡(atomic force microscope,AFM) 18
3.3.3化學分析電子儀(electron spectroscopy for chemical analysis,ESCA) 18
3.3.4介電常數之量測 18
3.3.5漏電流量測 18
3.3.6場發射量測 18
第四章 結果與討論 52
4.1氟化非晶質碳膜 18
4.1.1氣體流量比對成分及鍵結型態的影響 18
4.1.2氣體流量比對表面形貌及粗糙度的影響 18
4.1.3薄膜中氟含量對薄膜結構的影響 18
4.1.4氣體流量比對電性的影響 59
4.2乙炔/氮氣電漿表面處理對氟化非晶質碳膜的影響 18
4.2.1電漿表面處理對成分及鍵結型態的影響 18
4.2.2電漿表面處理對表面形貌的影響 18
4.2.3電漿表面處理對電性量測的影響 70
4.2.4退火處理對氟化非晶質碳膜的影響 81
4.3氟化非晶質碳膜在場發射上的應用 85
4.3.1氬氣電漿處理對薄膜成分及鍵結的影響 18
4.3.2氬氣電漿處理對薄膜表面粗糙度的影響 88
4.3.3場發射性質量測 88
第五章 結論 97
參考文獻 99
圖 目 錄
圖2.1利用銅導線與低介電常數材料來減少延遲效應之示意圖。 4
圖2.2金屬內連接線與介電材料的橫截面圖。 5
圖2.3線型、分支及交連聚合體的表示圖。 11
圖2.4極化機制。 14
圖2.5頻率對極化率的影響。 16
圖2.6穿隧機制公式及示意圖。 18
圖2.7氟化二氧化矽結構式意圖。 18
圖2-8氫氣在CF4-H2內的比例對SiO2與Si蝕刻速率的影響。 18
圖2-9氟碳比與DC偏壓對電漿反應的影響。 18
圖2.10氟化非晶質碳膜經過一個月陳化處理的結果。 18
圖3.1電性量測之MIM結構示意圖。 18
圖3.2電漿溫度與壓力變化之關係圖。 18
圖3.3電子迴旋共振之化學氣相沈積系統示意圖。 18
圖3.4 SEM主要構造示意圖。 18
圖3.5電子束撞擊試片時,各種訊號產生範圍及空間解析度示意圖。…. 18
圖3.6光電子發生原理示意圖。 18
圖3.7 ESCA儀器原理示意圖。 18
圖3.8場發射量測機台 Keithley 237示意圖。 18
圖4.1氟化非晶質碳膜的成分隨著不同F/C比的影響。 18
圖4.2氟化非晶質碳膜C1s電子束縛能隨著乙炔流量變化的情形。 18
圖4.3乙炔流量10 sccm之SEM形貌。 18
圖4.4乙炔流量5 sccm (a) 及10 sccm (b) 之AFM形貌。 18
圖4.5隨著乙炔/氮氣電漿表面處理時間的增加對薄膜表面碳、氮及氟原子含量的影響。 18
圖4.6隨著乙炔/氮氣電漿表面處理時間的增加對C1s化學束縛能的影響。 18
圖4.7隨著乙炔/氮氣電漿表面處理時間的增加對C1s電子束縛能的影響(a) 0 sec、(b) 20 sec、(c) 40 sec、(d) 60 sec、(e) 80 sec。 18
圖4.8隨著乙炔/氮氣電漿表面處理時間的增加對AFM表面形貌的影響。. 69
圖4.9介電常數值隨著乙炔/氮氣電漿表面處理時間增加的情形。 18
圖4.10介電常數值隨著乙炔/氮氣電漿表面處理時間增加的情形。 73
圖4.11隨著頻率的變化對其介電常數值的影響。 18
圖4.12隨著乙炔/氮氣電漿處理時間的變化對漏電流的影響。 18
圖4.13漏電流機制(Schottky 熱發射)。 79
圖4.14漏電流機制(Frenkel-Pool效應)。 80
圖4.15隨著氬氣電漿處理時間的增加對成分的影響。 86
圖4.16氟化非晶質碳膜的結構示意圖。 87
圖4.17氟化非晶質碳膜的C1s電子束縛能隨著氬氣電漿處理時間變化的情形。 18
圖4.18隨著氬氣電漿處理時間對薄膜粗糙度的影響。 90
圖4.19為不同氬氣電漿處理時間所量測出來的電流與電壓關係圖。… 91
圖4.20薄膜中的氟含量對場發射起始電場值的影響。 18
圖4.21 Fowler-Nordheim(F-N plot)關係圖。 18
表 目 錄
表2.1低介電常數材料基本性質之要求。 8
表2.2有機高分子材料的熔點及介電常數值。 9
表2.3氟化非晶質碳膜經由退火處理後介電常數值之變化。 18
表2.4奈米碳管當作冷陰極材料之起始電場及臨界電場值。 18
表2.5不同薄膜當作冷陰極材料之起始電場及臨界電場值。 18
表4.1乙炔流量比(5 sccm及10 sccm)對電性量測的影響。 18
表4.2退火處理(400℃)對不同電漿處理時間薄膜含量的影響。 82
表4.3退火處理(400℃)對不同電漿處理時間薄膜表面粗糙度的影響。… 84
表4.4連續操作數次對氟化非晶質碳膜成分的影響。 94

參考文獻
1. Y. Ushiki, H. Kushibe, H. Ono, and A. Nishiyama, Proceedings of the Very Large Scale Integrated Multilevel Interconnection Conference, 1990, p.413
2. S. Y. Lee and J. W. Park, Mater. Chem. Phys. 53, 1998, p.150
3. H. Treichel, G. Ruhl, P. Ansmann, R. Würl, C. Müller, and M. Dietlmeier, Microelectronic Engineering 40, 1998, p.1
4. H. Yokomichi, T. Hayashi, and A. Masuda, Appl. Phys. Lett. 72, 1998, p.2704
5. S. P. Murarka, Mater. Sci. Engng. R 19, 1997, p.87
6. J. A. Theil, J. Vac. Sci. Technol. B 17, 1999, p.2397
7. M. Uhlig, A. Bertz, M. Rennau, S. E. Schulz, T. Werner, and T. Gessner, Microelectronic Engineering 50, 2000, p.7
8. H. N. Yang, D. J. Tweet, Y. J. Ma, and T. Nguyen, Appl. Phys. Lett. 73, 1998, p.1514
9. 杜逸虹, 聚合體學(高分子化學), 三民書局, 1974, p.5
10. 薛敬和, 高分子化學, 高立圖書, 1989
11. I. Bunget and M. Popescu, Physics of Solid Dielectrics, Elsevier, 1984, p.207
12. W. D. Kingery, H. K. Bowen, and D. R. Uhlmann, Introduction to Ceramics, 1976, p.923
13. J. O. Simpson and A. K. St Clair, Thin Solid Films 308, 1997, p.480
14. 莊達人, VLSI 製造技術, 高立圖書, 2001
15. H. Yokomichi and A. Masuda, J. Appl. Phys. 86, 1999, p.2468
16. T. Homma, R. Yamaguchi, and Y. Murao, J. Electrochem. Soc. 140, 1993, p.687
17. T. Usami, K. Shimokawa, and M. Yoshimaru, Jpn. J. Appl. Phys. 33, 1994, p.408
18. G. Cunge and J. P. Booth, J. Appl. Phys. 85, 1999, p.3952
19. L. G. Jacobsohn, D. F. Franceschini, et al., J. Vac. Scu. Technol. A 18, 2000, p.2230
20. R. A. Morris, A. A. Viggiano, J. M. Vandoren, and J. F. Paulson, J. Phys. Chem. 96, 1992, p.2597
21. K. Endo and T. Tatsumi, J. Appl. Phys. 78, 1995, p.1370
22. G. S. Oehrlein and H. L. Williams, J. Appl. Phys. 62, 1987, p.662
23. R. Dagostino, F. Cramarossa, V. Colaprico, et al., J. Appl. Phys. 54, 1983, p.1284
24. R. Dagostino, F. Cramarossa, and F. Illuzzi, J. Appl. Phys. 61, 1987, p.2754
25. U. Muller, R. Hauert, B. Oral, and M. Tobler, Surf. Coat. Tech. 76, 1995, p.367
26. R. E. Sah, Thin Solid Films 167, 1988, p.255
27. H. Yokomichi and A. Masuda, Vacuum 59, 2000, p.771
28. K. Endo and T. Tatsumi, Appl. Phys. Lett. 68, 1996, p.2864
29. N. Ariel, M. Eizenberg, Y. Wang, S. P. Murarka, Mat. Sci. Semicon. Proc. 4, 2001, p.383.
30. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 72nd ed, CRC Press, 1991-1992
31. K. Endo and T. Tatsumi, Appl. Phys. Lett. 68, 1996, p.3656
32. H. Yokomichi and A. Masuda, J. Non-Cryst. Solids 271, 2000, p.147
33. W. Zhu, C. S. Pai, H. E. Bair, et al., IEEE, IEDM 98, 1998, p.845
34. S. H. Yang, H. Kim, and J. W. Park, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 2001, p.5990
35. S. H. Yang and J. W. Park, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 2001, p.694
36. H. Yang, T. Nguyen, Y. Ma and S. T. Hsu, Proc. Dielectrics for ULSI Multilevel Interconnection Conf., Santa Clara, 1998, p.38
37. N. Amyot, J. E. Klembergsapieha, M. R. Wertheimer, Y. Ségui, and M. Mosian, IEEE T. Electr. Insul. 27, 1992, p.1101
38. M. D. Duca, C. L. Plosceanu, and T. Pop, Polym. Degradation & Stab. 61, 1998, p.65
39. J. P. Badey, E. Espuche, D. Sage, B. Chabert, Y. Jugnet, C. Batier, and T. M. Duc, Polymer 37, 1996, p.1377
40. S. A. Visser, C. E. Hewitt, J. Fornalik, G. Braunstein, C. Srividya, and S. V. Babu, Surf. and Coat. Technol. 96, 1996, p.210
41. Y. Yamada, T. Yamada, S. Tasaka, and N. Inagaki, Macromolecules 29, 1996, p.4331
42. A. Khodai-Joopary, M. A. Sial, H. A. Khan, P. Vater, and, R. Brandt, Nucl. Tracks Radiat. Meas. 15, 1988, p.167
43. A. Le Moël, J. P. Duraud, I. Lemaire, E. Balanzat, J. M. Ramillan, and C. Darnez, Nucl. Instr. Meth. B 19-20, 1987, p.891
44. A. Le Moël, J. P. Duraud, and E. Balanzat, Nucl. Instr. Meth. B 18, 1986, p.59
45. N. Inagaki, S. Tasaka, K. Narushima and K. Mochizuki, Macromolecules 32, 1999, p.8566
46. J. R. Hollahan and A. T. Bell, Techniques and Applications of Plasma Chemistry. John Wiley & Sons, New York, 1974, p.116
47. W. Zhu, Carbon Nanotubes:An Industrial Perspective, in Defense Science & Technology Seminar on Emerging Technologies, Arlington, VA, March 19 1999
48. B. S. Satyanarayana, A. Hart, W. I. Milne, and J. Robertson, Appl. Phys. Lett. 71, 1997, p.1430
49. E. J. Chi, J. Y. Shim, D. J. Choi, and H. K. Baik, J. Vac. Sci. Technol. B 16, 1998, p.1219
50. K. C. Park, J. H. Moon, S. J. Chang, and J. H. Jang, J. Vac. Sci. Technol. B 15, 1997, p.431
51. A. Modinos and J. P. Xanthakis, Appl. Phys. Lett. 73, 1988, p.1874
52. G. A. J. Amaratunga and S. R. P. Silva, J. Non-Cryst. Solids 200, 1996, p.611
53. S. R. P. Silva, G. A. J. Amaratunga, and J. R. Barnes, Appl. Phys. Lett. 71, 1997, p.1477
54. S. R. P. Silva and G. A. J. Amaratunga, Thin Solid Films 253, 1994, p.146
55. X. W. Liu, C. H. Lin, L. T. Chao, H. C. Shih, Mater. Lett. 44, 2000, p.304
56. X. W. Liu, S. H. Tsai, et al., J. Vac. Sci. Technol. B 18, 2000, p.1840
57. J. Xu, X. H. Huang, W. Li, K. J. Chen, and J. B. Xu, J. Appl. Phys. 91, 2002, p.5434
58. A. Weber, U. Hoffmann, and C. P. Klages, J. Vac. Sci. Technol. A 16, 1998, p.919
59. O. Groning, O. M. Kuttel, P. Groning, and L. Schlapbach, Appl. Phys. Lett. 71, 1997, p.2253
60. L. K. Cheah, X. Shi, B. K. P. Silva, and Z. Sun, Diamond Relat. Mater. 7, 1998, p.640
61. R. D. Forrest, A. P. Burden, S. R. P. Silva, L. K. Cheah, and X. Shi, Appl. Phys. Lett. 73, 1998, p.3784
62. J. M. Bonard, J. P. Salvetat, T. Stockli, L. Forro, and A. Chatelain, Appl. Phys. A-Mater. 69, 1999, p.245
63. Alfred Grill, Cold Plasma in Materials Fabrication From Fundamentals to Applications, IBM Research Division, T. J. Watson Research Center, Yorktown Heights, NY, IEEE PRESS
64. D. T. Clark and D. Shuttleworth, J. Polym. Sci. Polym. Chem. 18, 1980, p.27
65. T. E. F. M. Standaert, M. Schaepkens, N. R. Rueger, P. G. M. Sebel, G. S. Oehrlein, and J. M. Cook, J. Vac. Sci. Technol. A 16, 1998, p.239
66. T. A. Schreyer, A. J. Bariya, J. P. Mcvittie, and K. C. Saraswat, J. Vac. Sci. Technol. A 6, 1988, p.1402
67. C. P. Lungu, A. M. Lungu, Y. Sakai, H. Sugawara, M. Tabata, M. Akazawa, and M. Miyamoto, Vacuum 59, 2000, p.210
68. Riccardo Dagostino, Plasma deposition, Treatment, and Etching of Polymers, Academic Press, 1990, p.126
69. F. Tuinstra and J. Koening, J. L. Chem. Phys. 53, 1970, p.1126
70. P. C. Eklund, J. M. Holden, and R. A. Jishi, Carbon 33, 1995, p.959
71. S. Prawer and K. W. Nugent, Diamond. Relate. Mater 5, 1996, p.433
72. J. H. Kaufman and S. Metin, Phys. Rev. B 39, 1989, p.13053
73. F. L. Freire, G. Mariotto, R. S. Brusa, A. Zecca, and C. A. Achete, Diamond Relat. Mater. 4, 1995, p.499
74. J. Robertson, Prog. Solid State Chem. 21, 1991, p.199
75. R. Dagostino, R. Lamendola, P. Favia, and A. Giquel, J. Vac. Sci. Technol. A 12, 1994, p.308
76. H. K. Kim, F. G. Shi, B. Zhao, and M. Brongo, Conference Record of the 2000 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, Anaheim, CA USA, April 2-5, 2000
77. A. Grill, Diamond and Related Materials 108, 2000, p.234
78. H. Yokomichi, T. Hayashi, T. Amano, and A. Masuda, J. Non-Cryst. Solids 230, 1998, p.641
79. M. Aono, S. Nitta, T. Katsuno, T. Itoh, and S. Nonomura, Appl. Surf. Sci. 159, 2000, p.341
80. J. T. L. Thong, C. H. Oon, W. K. Eng, W. D. Zhang, and L. M. Gan, Appl. Phys. Lett. 79, 2001, p.2811
81. L. Peters, Semiconductor International 21, 1998, p.64

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