：實驗方法

本實驗是採用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）

對SiC 材料進行蝕刻，控制氣體流量比例及蝕刻時間的變化，蝕刻後 SiC 材料藉由SEM（電子顯微鏡）觀測其表面形貌，EDS（能量散佈分析儀）

分析SiC 材料表面成分，AFM（原子力顯微鏡）分析蝕刻後 SiC 材料表 面粗糙度，白光干涉儀量測蝕刻後之SiC 材料蝕刻深度等。

3-1 實驗流程

實驗設計 試片處理

實驗參數設定

蝕刻時間 氣體流量比

儀器分析

結果與討論

AFM EDS

實驗完成

SEM

白光干涉

電漿蝕刻

3-2 實驗設備

3-2-1：電漿系統（Plasma System）

本實驗所使用的PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor

Deposition）儀器是由RF螺旋線圈施加電壓而產生電漿，如圖 3.1，採淋 浴的方式，因此可以得到較高密度且均勻的電漿；且壓力的控制方式是 由美製的MKS 600 壓力控制器來控制的，如圖 3.2，由MKS 600 壓力控 制器可知道Chamber在抽真空下的狀況，此壓力控制器還可控制Chamber 內穩定狀態下的壓力大小，本實驗壓力的設定範圍由10 mTorr至 50 mTorr，此控制器還可控制機械式幫浦的閥門開關，由此控制器可自動 調整閥門的開關大小，進而達到抽真空的目的；且真空幫浦是藉由著 Alcatel的機械式幫浦（Mechanical Pump）抽真空至所需的壓力，如圖 3.3，此機械式幫浦的真空壓力範圍由 1 atm至 1×10^P

^-3

^P Torr。

功率輸入的方式是由RF Plasma Generator 控制輸入的功率大小；且 可藉由RF Plasma Generator 的內部電容位置的調整來控制反射功率

（Reflection Power）的大小；反射功率的大小還可藉由控制電容的位置 控制，實驗機台中的伸降平台最主要是在控制電漿源到試片的距離，由 此可固定每次實驗的試片與電漿源間的高度，藉由伸降平台的高度亦可 控制反射功率的大小，此實驗的反射功率控制範圍為所輸入功率的3％

般而言，電漿的反射功率將會控制在3％以下較佳。

圖3.1 RF 電漿蝕刻機台 真空腔體

高度控制器

RF Plasma Generator

升降平台

反射功率控制器

圖3.2 壓力控制器（Pressure Controller）

圖3.3 機械式幫浦（Mechanical Pump）

3-2-2：流量控制系統

本實驗是藉著通入CF^B

4

^B及O^B

2

^B的反應氣體，由輸入功率的方式使之形 成電漿態進而達到蝕刻材料表面，因不同的反應氣體所形成的電漿態也 會因改變的氣體種類不同而有不同的效能；因各種氣體所使用的流量計 也會因此而稍有改變，故本實驗所使用的流量計是日本的Aera

Fc-780XC型號的CF^B

4

^B流量計，如圖3.4，藉由著Arenatec RP-104T 的 氣體流量控制器調節所需的百分比，如圖 3.5，以及Aera Fc-780XC上所 顯示可承受最大負荷的流量加以換算，即可得到所需的氣體流量，氣體 流量單位為SCCM（Standard Cubic Centimeter per Minute）。

圖3.4 Aera Fc-780XC 流量計

圖 3.5 Arenatec RP-104T 流量控制器

3-3 試片處理

在試片放入腔體使用電漿蝕刻之前，必須先拋光試片表面為一亮面 狀態；由於試片使用電漿蝕刻後使用電子顯微鏡觀察時，若試片沒有事 先拋光至鏡面，在電子顯微鏡下觀察試片時較容易會有刮痕的現象會產 生，這樣一來較不容易分辨刮痕及蝕刻後表面的粗糙程度；另一方面，

若試片表面未經拋光而電漿蝕刻，在使用電子顯微鏡觀察時較不容易觀 察出材料表面晶格是否因電漿蝕刻而有所改變；若經由電漿蝕刻後有殘 留的物質在試片的表面，或是材料表面有產生一層薄膜的話，會因為試 片表面不是鏡面而無法觀察出，且較不易觀察出薄膜或殘留物質的晶格 是否和材料表面晶格相同。

本實驗試片拋光所使用設備是由South Bay Technology, INC.所製造 的Model 900 無段變速研磨拋光機，如圖 3.6，搭配鑽石拋光絨布（如 圖 3.7）及拋光鑽石膏（Diamond Compound）一起拋光，如圖 3.8；拋

至材料表面為一亮面，這樣一來可降低材料表面的粗糙度，在實驗前後 較容易在顯微鏡下觀察材料表面晶格。

圖3.6 Model 900 之無段變速研磨拋光機

圖3.7 鑽石拋光布

圖3.8 拋光鑽石膏

試片放入PECVD 蝕刻之前，必須先使用鑽石切割機（Precision Cutting Machine）進行預切，如圖 3.9，蝕刻後之試片較容易觀察；由於 鑽石切割機所使用的潤滑油用來降低切割時的溫度，所以每當試片切割 完成後必須放入丙酮內使用超音波震洗機將油漬震洗乾淨，如圖3.10；

若震洗的過程中有油漬的殘留，則將容易影響到蝕刻的結果，也較易造 成一些不必要的元素與材料或實驗氣體產生化合的現象，將會使實驗的 數據不為準確；另一方面，若清洗不完全，在電子顯微鏡（SEM）或原 子力顯微鏡（AFM）下觀察時，將會有所誤差。

圖 3.9 鑽石切割機（Precision Cutting Machine）

圖3.10 超音波震洗機

3-4 檢測儀器設備

本實驗試片經由電漿蝕刻完成後經由掃描式電子顯微鏡 S-4160

（SEM）（圖 3.11）及原子力顯微鏡（AFM）（圖 3.12）加以檢測觀察；

藉由電子顯微鏡分析材料表面經蝕刻後之微結構以及材料表面的粗糙 情形；且經由電子顯微鏡上的能量散佈分析儀（EDS）（圖 3.13）可以 得知，蝕刻後的材料表面之元素組成，以及元素之比例，可經由原素的 成分比例，推測沉積物產生的多寡；最後由原子力顯微鏡觀察材料表面 的粗糙度、材料蝕刻之形狀以及詳細的深度。

圖 3.11 SEM（Scanning Electron Microscope）S-4160

（

SEM

）

圖3.12 AFM（Atomic Force Microscopy）

圖 3.13 能量散佈分析儀（Energy Dispersive Spectrometer）

3-5 實驗步驟

（1）先使用酒精（Alcohol）或丙酮（Acetone）清理 Chamber。

（2）試片前處理：每次試片使用電漿處理前先拋光試片之表面，待其 拋光至表面為一鏡面。

（3）拋光完之試片使用鑽石切割機進行預切動作，試片切割完成後放 入超音波震洗機內震洗乾淨。

（4）試片放入腔體前先使用酒精擦拭表面後，再使用氮氣槍清潔試片 的表面。

（5）將試片放入PECVD儀器中，抽真空至 10×10^P

^-3

^PTorr以下，以降低 Chamber內的氣體分子量。

（6）調節所需參數，包括流量比、時間、壓力等。

（7）通入CF^B

4

^B及O^B

2

^B混合氣體分子3~5 分鐘，使Chamber內先處於充滿反 應氣體的條件下，調節Chamber內壓力至 50×10^P

^-3

^PTorr，待Chamber 內壓力穩定。

（8）輸入電漿功率，並調整所需的功率，開始進行電漿蝕刻，並紀錄 壓力的改變；待時間結束，實驗完成。

（9）更換 Chamber 內試片，重覆步驟（1）至步驟（7）。

（10）電漿蝕刻完後的試片利用電子顯微鏡及原子力顯微鏡等儀器分

在文檔中 中 華 大 學 碩士論文 (頁 50-63)