利用臭氧電漿氧化法同時移除模板分子及光阻來製備奈米

從上述的結果顯示奈米孔洞二氧化矽薄膜在經臭氧電漿處理後，其薄 膜內的Si-OH官能基間會進行縮合反應，使得薄膜收縮形成較緻密的結構，

進而降低薄膜孔隙率及膜厚。另一方面，三甲基矽化奈米孔洞二氧化矽薄 膜在經臭氧電漿處理後，薄膜內的Si-CH₃鍵結及C-H鍵結將會消失，使薄膜 失去經甲基矽化改質後的疏水性。上述問題的發生是由於在經臭氧電漿處 理移除光阻時，其薄膜本身已具有孔洞性結構，因此若使薄膜於移除光阻 後，接著在移除薄膜內的模板分子使薄膜具有孔洞性結構，應該就能改善 這方面的問題。於4-1-2 節中，我們已成功地利用臭氧電漿氧化法來移除有 機模板分子，且所得到的奈米孔洞二氧化矽薄膜之各種特性均有很好的結 果。在IC製造過程裡，一般亦採用臭氧電漿氧化法來移除光阻，因此可藉 由此一製程同時進行模板分子及光阻移除，而達到製程簡化的效果並改善 上述之問題。

圖 4-19 為利用臭氧電漿氧化法同時移除模板分子及光阻所製備之奈米 孔洞二氧化矽薄膜的原子力顯微鏡影像，其薄膜表面的粗糙度約只有 7.2Å，因此同時移除模板分子及光阻後，奈米孔洞二氧化矽薄膜仍可維持 良好的平坦度。

圖 4-19 臭氧電漿氧化法同時移除模板分子及光阻所製備之奈米孔洞二氧 化矽薄膜的原子力顯微鏡影像

此外，同時移除模板分子及光阻後的奈米孔洞二氧化矽薄膜，其薄膜 折射率及膜厚分別為 1.251 與 2643Å，如圖 4-20 所示。此值與一般煅燒後 的奈米孔洞二氧化矽薄膜相似，顯示薄膜在經此方式移除光阻後，仍能維 持其高孔隙率及膜厚，並不會造成薄膜的緻密化。

圖 4-21 為同時移除二氧化矽薄膜內的有機模板分子以及上層光阻之 FTIR 光譜圖。同樣可發現代表有機模板分子的吸收訊號消失，顯示在移除 薄膜內有機模板分子的同時，其表面雖覆蓋著一層光阻，但仍可利用一極 短時間( 3 min )的臭氧電漿處理，即可順利地同時將二氧化矽薄膜內的有機 模板分子以及薄膜表面上的光阻移除。而此 FTIR 光譜圖的變化趨勢與圖 4-8 相似，顯示此製程之可行性。

1.25 1.30 1.35 1.40 1.45

Categories of Recipes track+ HMDS ozone(3min) as-baked

Refractive Index Film Thickness

Refractive Index

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

(3) (2) Relative Absorbance (1)

Wavenumbers (cm^-1) (1) as-baked

(2) track+ozone(3min) (3) as-HMDS-treated

圖4-21 同時移除二氧化矽薄膜內的有機模板分子以及上層光阻之 FTIR 光 譜圖

如圖4-13-3 所示，以低掠角 X 光繞射分析二氧化矽薄膜於同時移除模 板分子及光阻後的孔洞排列結構，可發現在 2θ=1.02°的位置有一明顯的 (100)繞射訊號，因此利用此一方式所製備的奈米孔洞二氧化矽薄膜，其孔 洞排列仍具有規則性，有機模板分子的自組裝排列並未受到臭氧氧化過程 的影響，而失去其有序排列的特性。

為了驗證以臭氧電漿同時移除模板分子及光阻的方式，亦能保有二氧 化矽薄膜良好的機械強度，我們利用奈米壓痕儀量測臭氧處理後薄膜的彈 性係數與硬度，其結果如圖4-22 所示。奈米孔洞二氧化矽薄膜的彈性係數 及硬度分別為8.5 Gpa 與 0.74 GPa，此一結果與一般煅燒後的奈米孔洞二氧 化矽薄膜相似，所以利用此方式製備的奈米孔洞二氧化矽薄膜，在機械性 質方面依然能保持其優越性。