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研究生:林泓任
研究生(外文):Hung-Jen Lin
論文名稱:利用乾蝕刻製程改善介電性氮化矽貼面輪廓結構性能之研究
論文名稱(外文):Performance study on dielectric SiNx taper Structure by using dryetching process
指導教授:陳念波
指導教授(外文):Nine-Po Chen
口試委員:劉宗平蕭金廷
口試委員(外文):Chung Ping LiuHsiao, Chin Ting
口試日期:2015-01-14
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:光電工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:51
中文關鍵詞:六氟化硫蝕刻
外文關鍵詞:SF6ETCH
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本研究探討 SF6 電漿蝕刻 SiNx 製程,包括改變電漿功率、SF6/O2 的氣體配比, 探討其對 TFT 之元件保護層 SiNx 的蝕刻速率之影響,進而對介電層其貼覆角度改善。
研究發現,提高電漿功率時,蝕刻速率隨之上升;(1)若增加電漿中 SF6 的流量,則 F 原子濃度增加且與蝕刻速率成正相關。另在總流量固定下添加陰電性氣體 O2 後,則會產生增加蝕刻速率的效果,但在不同的 O2/ SF6 流量配比下,則會有不同的反應機構 O2/ SF6 流量配比值很小時,O2 可幫助 SF6 的解離,此時蝕刻速率比未添加 O2 時為大。(2) 當 O2/SF6 配比值大於 1 時,蝕刻速率下降。因 O2 大量增加,解離的 F 原子與 O2 發生碰撞並形成 OF,降低 F 原子濃度,而導致蝕刻速率的降低。由此中可知,當增加添加 O2 後,可得到最佳的蝕刻效率。

In this study, we will research into the etching process of the SF6 plasma on SiNx, including how the changes in the plasma power and the SF6/ O2 flow ratio values,etching rate of the TFT components protective layer, SiNx.Improve on dielectric SiNx taper Structure by using dry etching process
According to the study, when the plasma power increases, the etching rate
goes up, too. If the flow rate of SF6 in the plasma increases, the concentration of the F atoms rise and so in the proportion to its etching rate. If electronegative gases O2 are added into the plasma, it will speed up the Etching rate. However, under different O2/ SF6 flow ratio values, the reactions will be varied and can be divided into two parts:
(1) When the O2/ SF6 flow ratio value is small, O2 can help the dissociation of SF6
and the etching rate is greater than it was when O2 wasn’t added.
(2) When the O2/ SF6 flow ratio value is greater than 1, the etching rate goes down.,
and the formation of rate goes Due to a significant increase in O2, and the
formation of OF resulting from the dissociation of the F atoms colliding with
O2, the concentration of the F atoms lowers down and leads to a lower etching rate.
the best etching rate can be obtained.

目錄
書名頁 i
審定書 ii
授權書 iii
中文摘要 vii
英文摘要 viii
誌謝 ix
目錄 x
圖錄 xiv
表錄 xvi
第一章、緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究計畫與方法 2
1.3 章節概要說明 3
第二章、文獻回顧 4
2.1 電漿簡介 4
2.1.1電漿定義 4
2.1.2電漿原理及基本反應 6
2.2 實驗氣體之簡介 9
2.2.1實驗用氣體之特性 9
2.2.2電漿中 SF6 及添加惰性氣體後之主要反應 11
2.3 電漿蝕刻 11
2.3.1電漿蝕刻反應步驟 12
2.3.2蝕刻速率(Etch rate)及其影響之參數 16
2.3.3電漿中六氟化硫之分解反應 17
2.3.4電漿中之蝕刻反應 18
2.4 SF6 電漿運用之文獻整理 19
第三章、研究方法與儀器原理 21
3.1 研究目的 21
3.2 實驗設備 24
3.3 量測儀器 24
3.3.1膜厚機(TOHO) 26
3.3.2掃描式電子顯微鏡(SEM) 28
第四章、結果與討論 30
4.1 蝕刻條件控制 30
4.1.1 蝕刻條件壓力控制 31
4.1.2 蝕刻條件GAP控制 32
4.1.3 蝕刻條件 SF6 流量變化控制 33
4.1.4 蝕刻條件SF6/O2 混合氣體配比 34
4. 2蝕刻反應機構 35
4.2.1 SF6 電漿蝕刻的反應機構 36
4.2.2 SF6 之主要消耗反應式 37
4.2.3 實驗中的 SF6 含 O2 電漿蝕刻的反應機構 38
4.3蝕刻 Taper 角探討 38
4.3.1 蝕刻 Taper 角 38
4.3.2 蝕刻 Taper 角修飾 40
4.3.3 蝕刻 Taper 角不同製程條件參數變化 40
4.3.4 蝕刻 Taper 角數據探討 45
4.3.5 最佳的蝕刻條件 46
第五章、結論 47
參考文獻 49

圖錄

圖 2-1電漿蝕刻方式 14
圖 2-2物理與化學蝕刻機制 15
圖 2-3兩者結合之電漿蝕刻過程 15
圖 3-1 TFT Array 元件 Contact Hole 結構圖 21
圖 3-2 TFT Array 元件 Contact Hole 22
圖 3-3 TFT Array元件上視圖及側視圖 22
圖 3-4 Contact Hole SEM斷面及Micro示意圖 23
圖 3-5實驗流程圖 23
圖 3-6反應 Chamber 外觀圖 24
圖 3-7 TEL-ME450II RIE mode Etching Chamber構造 24
圖 3-8 TEL-ME450II RIE mode Chamber內部圖 25
圖 3-9 TOHO 外觀圖 26
圖 3-11 SEM 設備圖 28
圖 3-12 SEM 構造示意圖 29
圖 4-1蝕刻條件壓力控制 31
圖 4-2蝕刻條件GAP控制蝕刻率比較 32
圖 4-3蝕刻條件 SF6 流量變化控制 33
圖 4-4蝕刻條件SF6/O2 混合氣體配比 35
圖 4-5 Taper 導角 39
圖 4-6膜覆蓋之 Taper 導角比較 39
圖 4-7蝕刻 Taper 角示意圖 40
圖 4-8對照組條件 SEM切面圖 41
圖 4-9條件A SEM切面圖 42
圖 4-10條件B SEM切面圖 43
圖 4-11條件C SEM切面圖 44
圖 4-12條件D SEM切面圖 45
圖 4-13蝕刻 Taper 角數據探討 46


表錄
表 2-1 六氟化硫(SF6)之物理及化學性質 10
表 2-2 系統操作參數與電漿性質之關係 16
表 4-1 蝕刻條件壓力控制條件表 31
表 4-2 蝕刻條件GAP控制條件表 32
表 4-3 蝕刻條件 SF6 流量變化控制 33
表 4-4 蝕刻條件SF6/O2 混合氣體配比 34
表 4-5 蝕刻 Taper 角數據探討實驗對照表 40
表 4-6 蝕刻製程參數表 40
表 4-7 蝕刻製程條件A參數表 41
表 4-8 蝕刻製程條件B參數表 42
表 4-9 蝕刻製程條件C參數表 43
表 4-10 蝕刻製程條件D參數表 44
表 4-11 蝕刻 Taper 角數據探討實驗/比對組對照表 45



【1】 楊士賢, “以脈衝式電漿輔助化學氣相沉積法製備氟化非晶碳膜之研究”, 碩士論文 私立中原大學化工所 ,2005 .

【2】 Brian Chapman, Glow discharge process:sputtering and plasma etching ,John Wiley &; Sons,Canada, 1980.

【3】 鄭立群,“以非熱電漿處理 CF4 及 SF6 之效率探討”, 碩士論文 國立中央大學環工所,2006.

【4】 林以穠, “氦氣及氙氣之添加對電感偶合式六氟化硫電漿性質影響之研究”, 碩士論文 私立中原大學化工所, 2009.

【5】 吳關佑,“線管式與填充床式電漿反應器破壞 SF6 之初步研究”, 碩士論文 國立中央大學環工所,2002.

【6】 趙啟盛,“惰性氣體中直流電氣銀接點電弧特性和損耗形成機制之研究”, 碩士論文 國立中山大學機電所,2002.

【7】 彭思君, “電感偶合式六氟化硫電漿反應器之電漿診斷與模型研究”, 碩士論文 私立中原大學化工所, 2006.

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【14】 A. Burtsev, Y. X. Li, H. W. Zeijl, C. I. M. Beenakker,“An anisotropic U-shaped SF6-based plasma silicon trench etching investigation” Microelectronic Engineering, vol.40, Issue 2, P.85 ,1998.

【15】 Liudi Jiang, R. Cheung,“Impact of Ar addition to indu
ctively coupled plasma etching of SiC in SF6 / O2”, Microelectronic Engineering,vol. 73-74, June, P.306 ,2004.

【16】 L.F. Voss, C.E. Reinhardt, R.T. Graff, A.M. Conway, R.J. Nikolić,Nirmalendu Deo, Chin Li Cheung, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators,Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Issue 3, 21 July,821 ,2009.

【17】 R. Knizikevičius, “ Simulations of Si and SiO2 etching in SF6+ /O2 plasma”, Vacuum, vol.83,Issue 6, 12 February,P.95,32009.



【18】 C. T. Gabriel, E. K. Yeh,“In situ wafer temperature measurement during plasma etching”, Solid State Technol. vol.42,P.99 , 1999.


【19】 H. F. Winters ; J. W. Coburn ; E. Kay, “Plasma Etching-a Pseudo-Black-Box Approach”, J.Appl. Phys, vol.48,P.473,1997.

【20】 C. I. M. Beenakker ; J. H. J. Van Dommelen ; R. P. J.
Van de Poll, J. Appl. Phys , vol. 52, P.480 ,1981.

【21】 L. E. Kline, “Electron and Chemical Kinetics in the Low-Pressure RF Discharge Etching of Silicon in SF6”, IEEE Trans. Plasma Sci.,vol. PS-14, P.145 ,1986.

【22】TEL 蝕刻機臺製程操作手冊

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