三、 實驗
4.3 反應性離子蝕刻製程(RIE)對薄膜性質之影響
4.3.3 有機模板分子於蝕刻後移除對二氧化矽薄膜的影響
(3)
(2)
(1)
Relative Absorbance
Wavenumbers (cm-1) (1) as-calcined
(2) as-HMDS-pre-treated (3) etched 10sec (4) as-HMDS-post-treated
圖4-29 電漿蝕刻前及蝕刻後的三甲基矽化奈米孔洞二氧化矽薄膜之 FTIR 光譜圖
圖 4-26-2 為三甲基矽化奈米孔洞二氧化矽薄膜經電漿蝕刻後之低掠角 X 光繞射圖譜，可發現其訊號強度減弱且訊號峰變寬，顯示原本具高規則 性的孔洞排列結構已於乾式蝕刻的過程中受到破壞。
4.3.3 有機模板分子於蝕刻後移除對二氧化矽薄膜的影響
從上述的結果顯示，奈米孔洞二氧化矽薄膜會於電漿蝕刻過程中遭受 活性電漿物種的攻擊，造成薄膜表面粗糙度增加，並且破壞薄膜原有的規 則性孔洞排列，進而影響薄膜的機械性質。而三甲基矽化奈米孔洞二氧化 矽薄膜在經過電漿蝕刻後，薄膜內部分的Si-CH3鍵結及C-H鍵結將會產生斷
鍵，進而劣化薄膜原有的疏水性。上述蝕刻問題的產生，是由於在電漿蝕 刻的過程中，其薄膜本身已具有孔洞性結構，使得蝕刻氣體可能經由孔洞 進入薄膜內部，進而破壞薄膜內部的結構。有鑑於此，我們提出於蝕刻後 才行模板分子移除之概念。經過此方式，於電漿蝕刻過程中，其孔洞位置 仍為碳氫高分子模板所佔據，因此水分子與蝕刻氣體分子不易進入奈米孔 洞二氧化矽薄膜內部，故在此之前可能較無薄膜吸水與蝕刻氣體滲入等問 題的發生。
經過電漿蝕刻製程後，我們同樣利用臭氧煅燒方式移除有機模板分 子，圖 4-30 為模板分子蝕刻後移除的 AFM 量測結果，顯示奈米孔洞二氧 化矽薄膜的表面仍擁有良好的平坦度（Rms～15 Å），並未因模板分子的存 在而影響蝕刻製程。
圖4-30 以 AFM 觀察模板分子蝕刻後移除的奈米孔洞二氧化矽薄膜之表面 形貌
圖 4-31 顯示尚未移除模板分子的二氧化矽薄膜，在經過電漿蝕刻 10 秒後，其薄膜厚度從3595 Å減少至 2998 Å，換算成蝕刻率為 3582 Å / min，
此值與一般使用PECVD所沉積的SiO2薄膜之蝕刻率相似。造成此蝕刻率相 近的原因係由於薄膜在蝕刻過程中，孔洞位置仍為碳氫高分子模板所佔
Categories of Recipes Ozone(3min) HMDS etch
as-baked
Refractive Index Film Thickness
Refractive Index
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 (4)
(3)
(2)
Relative Absorbance (1)
Wavenumbers (cm-1) (1) as-baked
(2) etched 10sec (3) ozone-calcined (4) as-HMDS-treated
圖 4-32 尚未移除模板分子之奈米孔洞二氧化矽薄膜在經電漿蝕刻前及電 漿蝕刻後之FTIR 光譜圖
圖 4-32 為尚未移除模板分子之二氧化矽薄膜經電漿蝕刻前及蝕刻後之 FTIR光譜圖。經過電漿蝕刻後，可發現 1270～1500 cm-1與2820～3050 cm-1 處的有機模板分子訊號峰強度減弱，顯示電漿蝕刻雖會減少膜厚，但並未 明顯造成鍵結的改變。所以蝕刻後的二氧化矽薄膜，其化學組成與結構仍 屬相當穩定。
圖 4-26-3 為蝕刻後再將模板分子移除的奈米孔洞二氧化矽薄膜之低掠 角 X 光繞射圖譜，其結果可發現在 2θ=1.04°的位置有一明顯的(100)繞射 峰，顯示此奈米孔洞二氧化矽薄膜並未於蝕刻過程中破壞其薄膜結構，且 孔洞排列仍具有規則性。此可歸因於薄膜在蝕刻過程中尚未形成巨大孔 洞，因此並無受活性電漿物種攻擊而破壞其孔洞結構的問題。
圖 4-33 為模板分子蝕刻後移除的 SEM 影像，圖中可清楚地看到溝渠 及引洞能順利地被蝕刻出來，蝕刻後鮮明的線寬輪廓並沒有因模板分子的 存在而影響蝕刻輪廓。
(a)
(b)
圖4-33 模板分子蝕刻後移除的 SEM 影像 (a) Trench、(b) Via
4.3.4 結論
0 2000 4000 6000 8000 10000
calcined HMDS baked
PE-oxide
Etch rate (A/min)
圖4-34 各種薄膜之蝕刻速率比較圖