臺灣博碩士論文加值系統

近年來隨著半導體製程技術的進步，線寬(Critical Dimension)不斷地縮小且晶片尺寸加大，監測與控制鍍膜及蝕刻等製程的均勻度與穩定度也變得愈來愈重要。其中在電漿鍍膜製程中，薄膜的品質與電漿特性便有十分密切的關係。利用離子化金屬電漿源的高游離率特性，使得金屬離子的沈積方向易於控制，因而增加沈積時的準直性，以獲致良好的階梯覆蓋性。
本研究之首要目的在於利用臨場(in situ)的方法，在不同工作氣體的操作環境下，量測並決定離子化金屬電漿(Ionized Metal Plasma)中銅原子的游離率。吾人改變工作氣體的種類作量測與比較，由氬氣(argon)與氦氣(helium)兩種氣體來討論其對銅原子游離率及沈積速率所造成的影響，並更進一步地探討其物理機制。
量測工作係利用石英振盪膜厚計(Quartz Crystal Microbalance)配合金屬格網來完成，除了決定銅原子和銅離子的沈積速率外，經由更進一步地分析可得到銅原子的游離率，並將此定量的結果與放射光譜量測(Optical Emission Spectroscopy)的定性趨勢作一驗證。石英感測器位於腔體中央，製程時便可以利用量測出來的沈積速率和厚度，對於沈積的均勻度作即時的診斷。
在光譜量測的實驗中，Cu+(213.6 nm)/Cu*(216.5 nm)譜線強度比值隨著射頻功率與氣體壓力的增加而遞增，無論是Ar/Cu plasma或He/Cu plasma皆符合這樣的趨勢。石英振盪膜厚計的實驗方面，銅離子的通量與銅原子游離率會隨著射頻功率呈現上升的趨勢，符合光譜量測到的結果，同時分析出Ar/Cu plasma及He/Cu plasma中銅原子的游離率，分別是在40%-80%及50%-78%的範圍之間。

摘 要.......................................................Ⅰ
致 謝.......................................................Ⅱ
目 錄.......................................................Ⅲ
圖目錄.......................................................Ⅴ
表目錄.......................................................Ⅹ
第一章 前言...................................................1
1.1 研究背景................................................1
1.2 研究目的................................................4
第二章 文獻回顧...............................................5
2.1 物理氣相沈積技術........................................5
2.2 電漿特性量測...........................................14
第三章 基本原理..............................................19
3.1 電漿原理...............................................19
3.2 離子化金屬電漿(IMP)....................................20
3.2.1 濺鍍原理...........................................20
3.2.2 電感式耦合電漿原理.................................21
3.2.3 離子化金屬電漿原理.................................22
3.3 電漿放射光譜...........................................26
3.3.1 電漿光譜原理.......................................26
3.3.2 光譜強度分析.......................................29
3.4 銅金屬原子游離程度.....................................31
3.4.1 金屬游離率分析.....................................31
3.4.2 工作氣體效應.......................................33
第四章 實驗與量測系統........................................38
4.1 離子化銅金屬電漿系統...................................38
4.1.1 系統設備...........................................39
4.1.2 電漿腔主體.........................................40
4.2 量測系統...............................................42
4.2.1 光譜儀量測系統.....................................42
4.2.2 石英振盪膜厚計.....................................46
第五章 實驗方法與步驟........................................51
5.1 實驗方法...............................................51
5.2 實驗步驟...............................................51
5.2.1 光譜量測...........................................51
5.2.2 石英振盪膜厚計量測.................................53
5.2.3 改變工作氣體.......................................54
第六章 實驗結果與分析討論....................................55
6.1 不同工作氣體對直流濺鍍放電的影響..................... 55
6.2 光譜量測...............................................63
6.2.1 Ar/Cu plasma.......................................64
6.2.2 He/Cu plasma.......................................68
6.3 石英振盪膜厚計量測.....................................72
6.3.1 Ar/Cu plasma.......................................72
6.3.2 He/Cu plasma.......................................80
第七章 結論..................................................88
參考文獻.....................................................90
附錄A 靶材電流與電壓隨功率的變化.............................92

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