本實驗利用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition)對 SiC 進行蝕刻，經由控制腔體壓力(Chamber Pressure)與 氣體流量(Gas Flow)達蝕刻目的，蝕刻後碳化矽試片使用電子顯微鏡 (SEM)觀測其表面形貌，電漿光譜分析儀監控製程中產生之化合物，
能量散佈分析儀(EDS)對材料表面進行定性分析，白光干涉儀蝕刻後 材料表面粗糙度及蝕刻深度。
34
3-1 實驗流程
實驗設計 試片前處理
實驗參數設定
腔體壓力 氣體流量
儀器分析
結果與討論
EDS
實驗完成
SEM
白光干涉 電漿蝕刻
電漿光譜分析儀
35
3-2 實驗設備
3-2-1：電漿系統（Plasma System）
本實驗使用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition）是以 RF 螺旋線圈施加電壓產生感應磁場而產生電漿，如 圖3.1，採 Shower 的方式，因此可以產生均勻且密度較高的電漿；壓 力是以美製MKS 600 壓力控制器來調控，如圖 3.2，由 MKS 600 壓 力控制器可得知Chamber 內真空度，另外也可穩定控制 Chamber 壓 力大小，此控制器還可控制機械式幫浦的閥門開關，藉由控制器自動 調整閥門開閉程度，而達到真空抽取的目的；真空幫浦是使用Alcatel 的機械式幫浦（Mechanical Pump）進行真空抽取，如圖 3.3，此機械 式幫浦的真空壓力範圍為1 atm 至 1×10-3 Torr。
能量的輸入是以RF Plasma Generator 控制輸入的功率大小；並 可經調控Matching Box 內部電容位置來控制反射功率（Reflection Power），實驗機台中的升降平台最主要是控制電漿源到試片的距離，
由此可固定每次實驗中試片與電漿源間的高度，藉由調控升降平台高 度亦可控制反射功率大小，此實驗的反射功率控制範圍為所輸入功率 的3％以下；若反射功率過高，會產生不穩定的輝光狀態而電漿消失，
因此電漿的反射功率多控制在3％以下較佳。
36
圖3.1 RF 電漿蝕刻機台 高度控制搖桿
真空腔體
RF Plasma Generator
反射功率控制器
37
圖3.2 MKS600 壓力控制器（Pressure Controller）
圖 3.3 機械式幫浦（Mechanical Pump）
38
3-2-2：流量控制系統
本實驗利用通入SF6、O2及Ar 作為反應氣體，輸入能量使氣體 解離形成電漿態進而達到蝕刻材料表面的目的，不同氣體解離產生的 電漿對於相同材料會產生不同的效果；氣體使用的流量計並不能通 用，故本實驗所使用的流量計是Brooks-5850E 的 SF6流量計，如圖 3.4，藉由 Arenatec RP-104T 的氣體流量控制器調節所需的氣體百分 比，如圖3.5，以 Mass Flow Controller 上標示可承受的最大流量加以 換算，即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 Brooks-5850E SF6流量計
39
圖3.5 Arenatec RP-104T 流量控制器
3-3 試片前處理
試片進行電漿蝕刻之前，須先拋光試片表面至鏡面狀態；由於試 片在電漿蝕刻後將使用電子顯微鏡觀察，若試片沒有拋光至鏡面，經 過電子顯微鏡觀察試片時較容易發現刮痕現象，影響刮痕與蝕刻凹坑 的分辨率；另一方面，若試片表面未經拋光直接進行電漿蝕刻，則使 用 SEM 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物質在試片表面，或是材料表面產生 薄膜，會因為試片表面不是鏡面而無法觀察到，且不易觀察出薄膜或 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.製 造的Model 900 無段變速研磨拋光機，如圖 3.6，配合鑽石拋光絨布 及拋光鑽石膏（Diamond Compound）進行拋光；拋光時先使用 6μm 鑽石膏，之後再使以 1μm 及 1/4μm 鑽石膏拋光材料至材料表面為一 鏡面，這樣便可降低材料表面的粗糙度，且較容易在顯微鏡下觀察材
40
料表面晶格。
圖3.6 Model 900 之無段變速研磨拋光機
試片進行蝕刻前，須先使用鑽石切割機（Precision Cutting
Machine）進行預切，如圖 3.7，使蝕刻後之試片較容易觀察；由於鑽 石切割機搭配潤滑油使用，潤滑油能降低切削時的產生的溫度，所以 每當試片切割完成後須放入丙酮內以超音波震洗機將油漬去除，如圖 3.8；若震洗的過程中有油漬殘留，可能在蝕刻過程中產生非預期的 產物而影響蝕刻結果，也容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，將會使實驗數據不準確；另一方面，若清洗不完 全，在電子顯微鏡（SEM）下觀察也有所影響。
41
圖3.7 鑽石切割機（Precision Cutting Machine）
圖3.8 超音波震洗機
42
3-4 檢測儀器設備
本實驗試片經由電漿蝕刻完後經由掃描式電子顯微鏡 S-4160
（SEM）（圖3.9）加以檢測；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；並以搭配在電子顯微鏡上的能量 散佈分析儀（EDS）（圖3.10）可得知蝕刻後的材料表面之元素組成，
以及元素比例，可經由元素的成分比例，推測沉積物產生的多寡；電 漿光譜分析儀(圖 3.11)可在製程中即時截取電漿散發出的光譜，所得
光譜經分析可得知蝕刻其間發生之產物。最後由白光干涉儀觀察材料 表面的粗糙度、材料蝕刻之形狀以及詳細的深度。
圖3.9 SEM（Scanning Electron Microscope）S-4160
43
圖3.10 能量散佈分析儀（Energy Dispersive Spectrometer）
圖3.11 Plasus Emicon 電漿光譜分析儀
44
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：所有試片在以電漿處理前先拋光表面，待其拋光 至鏡面。
（3）拋光後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）試片放置入腔體前以酒精擦拭表面後，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 10×10-3 Torr 以下，以降
低 Chamber 內的氣體分子量。
（6）調節所需參數，包括流量、壓力等。
（7）通入 SF6、O2及 Ar 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 50×10-3 Torr，待 Chamber 內壓力穩定。
（8）開啟 RF Power Supply，並控制反應功率在 3%以下，開始進行
電漿蝕刻，同時間啟動電漿光譜儀，進行電漿成分分析記錄，
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）電漿蝕刻完成的試片利用電子顯微鏡及白光干涉儀等儀器分
45
析，並討論不同參數下的試片差異。
46