1-1 電漿化學氣相沉積氮化矽薄膜之優點與應用
早在1965 年就有報導指出，電漿化學氣相沉積氮化矽薄膜(plasma enhanced chemical vapor deposition silicon nitride film)可以應用在矽積體電 路的鈍化保護層(passivation layer)，而 PECVD 氮化矽薄膜具有相當多的優 點，包括：
12. 矽(Si)與砷化鎵(GaAs)元件運用的良好電性表現[5]
因此，PECVD 氮化矽薄膜的應用很廣，包括：
1. 矽與砷化鎵半導體元件的鈍化保護層[2-4, 7, 9, 12-14]，包括太陽能電 池[12]及 EPROM/EEPROM/FLASH 記憶體的鈍化保護層[1, 13]
2. 非揮發性記憶體的電荷儲存層[8]
7. 光學連線(optical interconnect)的光導(light waveguide)材料[17]
8. 在先進製程上用來取代高溫反應氮化矽薄膜的許多新應用[9] 膜破裂(crack) 而無法形成較厚的薄膜[18]，如圖1-1及1-2所示。此外，一般
的PECVD氮化矽薄膜的薄膜應力會控制在輕微的壓縮式應力狀態，且低於 200MPa的壓縮式應力不會造成薄膜破裂[3]。但對於應用在微機電懸臂 (cantilever)的鍍膜上時，輕微的伸張式應力(4MPa)可形成無翹曲(bending)現 象的懸臂[10]。因此，PECVD氮化矽薄膜的薄膜應力控制是製程上很重要 的一環，並且隨著不同的應用需要有不同的應力調整。
另外，紫外光可透性PECVD氮化矽薄膜被廣泛的應用在EPROM /
EEPROM / FLASH記憶體的鈍化保護層，如圖1-3所示。另外，因為光的高
穿透性，也被選用在光學連線的光導材料上，所以其對於紫外光的透光能 力就顯得很重要。在EPROM / EEPROM / FLASH記憶體上，偏低的紫外光 穿透率(UV-transmittance)會直接的影響到儲存電子的抹除(erase)效果[1, 13]。另外，在光導材料上，光的吸收會影響到光傳導的損耗(loss)而間接導 致光訊號的失真及變形。
因此，研究PECVD氮化矽薄膜的薄膜內應力及紫外光穿透率，並成長出 具有超低的薄膜應力及高的紫外光穿透率的PECVD氮化矽薄膜為本篇論文 研究的動機。
圖1-1 太高的壓縮式薄膜應力導致Ag/Li薄膜剝離[19]。
圖1-2 太高的伸張式薄膜應力導致Ag/Li薄膜破裂[19]。
圖1-3 以 UV 光抹除 EPROM 懸浮閘極內的電子[13]。
1-3 論文架構
首先，本篇論文將討論電漿組成與電漿反應、PECVD氮化矽薄膜的形成 原理與成長機制、以及各種製程參數的變化(包括，NH3與SiH4反應氣體的 流量，以及RF功率等)對於氮化矽薄膜特性的影響。這些薄膜特性，包括了 薄膜應力、紫外光穿透率、薄膜沉積速率、薄膜密度及薄膜的濕蝕刻速率 等特性。
在實驗方法中，將介紹實驗機台架構與實驗流程,包括量測儀器原理。在
量測儀器方面，包括橢圓偏光儀原理的介紹、薄膜應力量測原理介紹、以 及介紹如何運用傅利葉轉換紅外線光譜分析儀(FTIR)，來量測薄膜的化學鍵 (Si-H及N-H)變化。此外，還將介紹實驗設計(design of experiment，DOE)原
理及流程，包括古典實驗設計與田口實驗設計。
於結果討論中，將藉由實驗數據的回歸分析，所獲得的二階反應曲面方 程式，來繪製二階反應曲面圖。並藉由這些二階反應曲面圖，來探討製程 參數對於薄膜特性的變化。所探討的薄膜特性，包括薄膜應力及紫外光穿 透率、薄膜成長速率、薄膜折射率(reflective index，RI)、薄膜消散係數 (extinction coefficient，κ)、薄膜BOE濕蝕刻速率、薄膜化學鍵的變化及薄 膜厚度均勻性分析。之後，將列出紫外光可透性氮化矽薄膜與傳統紫外光 不可透性氮化矽薄膜的薄膜特性比較表，進以綜合比較紫外光可透性氮化 矽薄膜，與傳統紫外光不可透性氮化矽薄膜的薄膜特性差異。
在結論中，我們將總結出製程參數(包括，NH3與SiH4反應氣體的流量，
以及RF功率)對薄膜特性的影響。在未來展望之中，我們將規劃出未來可以 改進的方向，以及此篇論文，對未來可能的應用。