3-1 研究動機與方向
當半導體技術在突破奈米後，因製程的細微化已帶來一定程度的 衝擊，而IC元件的運作速度又主要被連線的RC時間遲滯所限制住。
因為使用矽玻璃材質來作為介電質的話，當需要面對越來越快速的IC 晶片元件的規格需求時，就會有實際的困難產生。所以尋求low K的 介電質材料來加以取代矽玻璃材質，已經成為解決連線的RC時間遲 滯的重要方法。
而為了因應45奈米製程的需求，目前業界正積極解決低介電材料 在電路深蝕刻下的阻抗增加以及機械強度下滑等問題。在180 奈米製 程中，低介電常數薄膜FSG與HSQ是被常用的低介電常數材料。到了 150奈米／130奈米製程中，半導體業者就紛紛改採用HSQ，SiLK，
MSQ-like及SiOC等材質，而在100奈米就開始朝向多孔性的低介電材 質發展，如(圖 3-1)所示。然而，直到今日，多孔性膜材質仍具有許 多相當多的的困擾，包括了機械強度、熱傳導率、孔洞尺寸、孔洞分 佈等等問題。[45]
圖 3-1 多孔性膜材質仍具有許多相當多的困擾，包括了機械強度、
熱傳導率、孔洞尺寸、孔洞分佈等等問題。[資料來源：中國科學院]
然而面對次世代32奈米的微影曝光，目前光學微影使用的曝光光 源主要有汞燈、準分子雷射，與波長較短之光源例如ArF（曝光波長 為193nm）、F2（曝光波長為157nm）及EUV（曝光波長為13.4nm）
等。[45]一般為了在微影製程中達到高的解析度，在介電層之上還會 再鍍上一層抗反射層薄膜(ARC)用來減少來自於鋁以及多晶矽表面 的高反射率。而本論文的low K介電常數薄膜F-SiOC:H介電層，除了 本身的介電常數值夠低達到low K的標準之外，我們的F-SiOC:H low K薄膜本身的反射率值，不管在157nm(反射率在3%左右)或193nm(反
射率在1%左右)時的數值，都已經低到足以當作非常良好的抗反射層 薄膜(ARC)來應用，所以，在low K介電常數薄膜F-SiOC:H之上，無 須再添加一層抗反射層薄膜，可避免掉在介電層上多鍍一層抗反射層 薄膜而造成介面電阻值上升，以及介電常數值變動的問題，這正是本 論文的low K介電常數薄膜F-SiOC:H和一般low K介電常數薄膜，
如:porous oxide等相較之下，最佳的優勢所在。
從low-K採用CVD的文獻可以得知，採用高密度電漿化學氣相沉 積系統(HDPCVD)來沉積low K薄膜，可以避免掉PECVD製程所沉積 出的low K薄膜硬度不足的問題，而且高密度電漿源採用感應線圈電 漿(inductive coupled plasma, ICP)式設計，具備了對氣體源的高解離率 與相較一般電漿輔助化學氣相沈積系統(Plasma-enhanced Chemical Vapour Deposition, PECVD)較低的沈積壓力，使其能在較低的基板溫 度下，完成薄膜鍍膜的動作。而本論文的low K介電質材料即是含有 氟成分的F-SiOC:H。藉由高密度電漿化學氣相沈積系統(HDPCVD)
來沉積。而本論文所探討的low K介電常數薄膜F-SiOC:H，即是針對 193nm和157nm的曝光波長來加以探討薄膜的光學特性，如反射率，
折射率，吸收係數，FTIR(傅力葉紅外線光譜儀)的鍵結情形等等光學 性質，以及在介電常數K值上透過汞探針以及CV Analyzer來加以確認 電性的部份。
3-2 製程設備、步驟、參數和流程
3-2.1 電漿優點與 HDPCVD 之特性簡介
電漿應用在半導體製程中，對離子轟擊對濺鍍沉積、蝕刻和 CVD薄膜應力控制都有助益，因為由電子解離分子而產生的自由基，
會大大提高CVD製程的化學反應速率。除此之外，電漿應用在CVD 製程中還有著:(1)能在較低的溫度下就可以達到較高的沉積速率。(2) 利用離子轟擊來控制沉積薄膜的應力。(3)利用以氟為主的電漿對沉 積反應室進行乾式清洗。(4)高密度電漿源具有優異的間隙填充能 力。等優點。而本實驗採用的HDPCVD，亦是廣泛的被應用在介電質 的沉積上。而高密度電漿的產生需滿足兩大條件：(a)增加電子的動 能。(b)增加電子與氣體分子碰撞的機會。若電子動能很小，電子與 氣體分子碰撞皆是無效碰撞，因其能量無法將氣體分子解離形成自由 基；若電子動能很大但其軌跡是直線，則電子極易直接與反應室壁或 電極撞擊而損耗，若軌跡為螺線型則電子撞擊器壁損耗潛能多次撞擊 氣體分子而增加氣體分子解離率與自由基數目。目前應用於CVD 高 密度電漿源的腔體設計主要有感應耦合式電漿(inductive coupled plasma, ICP)和電子環繞共振式( electron cyclotron resonance, ECR )。
ICP主要利用感應電場 E B t
∇ × = −∂
∂ r r
增加電子動能，交流的磁場使電子 做迴旋運動而增加與氣體分子碰撞機會。ECR則利用微波增加電子動
能，而磁場使電子做迴旋運動增加與氣體分子碰撞機會。利用這兩種 電漿源的設計可在10mtorr以下的低壓獲得離子密度較傳統PECVD 高10~100 倍左右的電漿源，這種具備高濃度帶電荷粒子的電漿所進 行薄膜沉積反應將不單單只有化學反應而已，而是同時具備強力的離 子對沉積膜的轟擊，又因離子轟擊事屬於濺擊蝕刻( sputter etch )的一 環，故所沉積的薄膜將遭受許多因高度離子轟擊所衍生的乾蝕刻，所 以其沉積膜的填溝能力極佳，再加上因沉積膜歷經如此多次的離子轟 擊，將具備較高的材質密度。總而言之，HDPCVD是一種同時存在沉 積與蝕刻於一體的CVD製程技術。有兩個RF功率來源，其一為電漿 源RF(ICP power)，主要是利用在反應室外圍加上一組環繞的RF線圈 ( coil )，當射頻電流通過線圈時會產生一個交流磁場，此磁場經由感 應耦合即產生隨時間變化的電場，感應耦合型電場能加速電子並形成 離子化碰撞，因此ICP能在低壓的狀態下製造高密度電漿，並透過感 應耦合來控制電漿密度；另一個稱為偏壓RF (Bias power)，主要是控 制直流偏壓以及離子轟擊的能量。此外重度離子轟擊會產生大量的 熱，因此需要為晶圓準備冷卻系統。[20] [27]
3-2.2 汞探針在介電薄膜特性的量測原理
汞探針為液態金屬汞(Hg) 作為金屬電極，來達到快速量測 薄膜基本電性之目的，其具有方便、快速、不需製備電極之便利性。
可量測薄膜之 C-V、I-V、Leakage Current、Breakdown Voltage 等電 性。
傳統一般的量測 C-V 高頻曲線是採用正弦信號量測電容 法，然而，此量測方法極容易受到晶片背面接觸串聯電阻及晶片之 塊電阻(Bulk resistivity)的影響(即：寄生電阻的效應將涵蓋進量測所 得的電容值之中)，進而導致量測上的誤差。有鑑於此，汞探針量測 系統乃採用一精確的深脈衝量測法(Deep pulse C-V measurement)，如 下(圖 3-2)所示，來量測 C-V 的高頻曲線。如此可以有效地降低旁路 電阻所造成的干擾。[38]
圖 3-2 Deep pulse量測示意圖[38]
3-2.3 XPS的量測原理簡介
XPS之表面分析是藉由X光射線在試片表面聚集照射並分析受 測電子之能量。X光光源通常是使用單色器(monochromator)鋁(Al Kα，1486.7 eV)光束。這些光子(photon)與表面區域之原子作用反應，
藉由光電效應(photoelectric effect)導致電子被激發(emitted)出來而產 生光電子(photoelectron)。[41]
然而除了光電子(photoelectron)在光電效應過程中被激發出來 之外，歐傑電子(Auger electrons)也因為經過光電發射(photoemission) 後而被激發出來。在過程中，當外層電子進入到內層軌道空隙時，另 一個電子也同時獲得額外能量而被激發出來，此被激發出來的電子即 為歐傑電子。因此，光之離子化(photo-ionization)正常將產生2個激發 電子：光電子與歐傑電子。[41]
而XPS之功能在於，能精確的分析試片表面深度小於50Å之化學 態及元素種類、離子槍(ion gun)之操作使用時可以持續進行縱深成分 分析、Flood Gun之操作使用時可以降低試片電荷蓄積效應(charge effect)以改善分析絕緣體時所造成訊號峰朝高束縛能方向偏移的現 象。分析元素，從元素3Li到92U(XPS之限制)。其無法做小範圍分析，
勘測掃描點面積的極限(the limitation in spot size)為15mm，而其原因 在於X光射線較難聚焦。[41]
3-2.4 實驗藥品與HDPCVD製程參數流程和步驟
(1) 矽晶片材質：採用Silicon Valley Microelectronic 公司出產P型測試 用晶片。
(2) 高密度電漿化學氣相沉積系統(HDP-CVD)，廠牌:台灣慶康 (Duratek system)。
(3) 薄膜測厚儀(n&k analyzer)。
(4) 傅 立 葉 轉 換 紅 外 吸 收 光 譜 儀 (Fourier Trans-form Infrared Spectroscopy, FTIR)。
(5) 後段常壓退火爐管 Backend Atmospheric Anneal Furnace。
(6) Hg probe-汞探針電性量測系統。
(7) 電容電壓量測系統(CV)。
(8) Thermal coater。
(9) Shadow mask。
(10) 清洗蝕刻工作台(Clean Bench)。
(11) 光學薄膜理論模擬軟體(Filmwizard)。
圖 3-3 F-SiOC:H 的製作流程圖 晶圓清洗
HDPCVD 沉積薄膜
後段常壓退火爐管 N&k 以及膜厚量測
FTIR 量測
FTIR 量測
N&k 以及膜厚量測
真空紫外光譜儀量測
電極製作(Shadow Mask)
CV Analyer 量測 Hg probe 量測
首先在沉積薄膜前，會先把晶圓做化學清洗，去除微粒子、自生 氧化層、有機和無機物的污染，讓光阻在晶圓表面有比較好附著力，
也可以減少一些製程上的缺陷。其步驟分成三部份：(a)SC-1，使用 溶液和比例為NH4OH：H2O2：H2O=0.25：1：5，主要去除有機物和 微粒子。(b)SC-2，使用溶液和比例為 HCl：H2O2：H2O=1：1：6，主 要功能為去除無機物，因為H2O2因會氧化無機物而 HCl 會和氧化物 起反應形成可溶解的化合物，將污染物帶離晶圓表面。(c) HF，其溶 液和比例為H2O：HF = 50：1 主要是去除自生氧化層。
我們將化學清洗完成後的晶圓，置入 HDPCVD 的 chamber 中。
然後設定我們的製程氣體種類、製程時間、以及製程功率和製程溫度 參數，如(表 3-1)所示 。HDPCVD 的製程通常有三步驟：第一步驟為 氣流穩定時間，約 25 秒。第二步驟點電漿，為 1 至 2 秒，為了避免 電漿點不起來的情況發生，使碰撞減少，改善階梯覆蓋率。第三步驟 則是製程的開始，我們通入用來沉積 F-SiOC:H 薄膜的製程氣體有 Z3ms[Si(CH3)H]-三甲基矽甲烷、O２（氧氣）、 Ar 除了幫助點電漿 同樣也兼具能控制薄膜均勻性的優點、以及含有氟的氣體 CF4，CF4
除了能夠當作 CVD 反應室中穩定製程的電漿清潔氣體之外，我們希 望藉由CF4在電漿中分解並能釋放出氟的自由基，其化學反應式如下:
e-+ CF4 → CF3 + F + e-
氟原子是最容易產生反應的自由基之一，我們藉由F 的自由基來達成 讓我們的low K 介電值薄膜能摻有 F 原子形成 F-SiOC:H，因為氟與 薄膜結合越多，則介電值常數就能降的越低。但是，這樣也會讓薄膜 變的不穩定，因為氟離子很容易從薄膜之中排出，如果氟的濃度太 高，在下個加熱製程中，就容易因為由薄膜中散出HF 與 F２而造成之 後製作成電極元件時的腐蝕與損壞。所以，我們會調變CF4的流量，
來實驗出最適合作為我們low K 薄膜 F-SiOC:H 的介電常數值。此外，
對於電漿功率的設定，由於我們希望長出來的介電值薄膜，能夠有好 的均勻性，不會在製程中被電漿損傷，所以我們採用較低的電漿功率 300W。而在製程溫度上，由於 Z3ms 氣體本身的黏滯係數和溫度成 反比，所以我們設定的製程溫度由300~350℃來做比較，我們可以從
（表3-2）看到 350℃的沉積速率很明顯慢於 300℃的沉積速率。而在 製程時間上，我們搭配不同的介電值薄膜厚度，也有不同的製程時 間，從很薄的破壞性干涉層 200Å 的 3 秒製程時間，到厚達 10000Å 薄膜厚度的220 秒製程時間。
3-3 F-SiOC:H 的實驗結果分析
3-3.1 F-SiOC:H 成份分析
而為了確認薄膜的成份，首先我們利用傅立葉轉換紅外吸收光譜 儀(Fourier Trans-form Infrared Spectroscopy, FT-IR)對於矽基板上沉積 的F-SiOC:H 薄膜量測紅外線吸收光譜，以此分析出薄膜之鍵結結 構。量測方法為將一片沒沈積薄膜矽基板當做背景吸收訊號，將沉積 薄膜試片的吸收訊號減去矽基板吸收訊號即為薄膜之吸收訊號。而對 於 F-SiOC:H 的 吸 收 光 譜 ， 主 要 是 落 在 以 下 位 置 : Si-O 伸 張 鍵 表3-2 改變不同的氣體流量比，來比較 300°C 和 350°C 的沉積速率
Ratio=1/2 Ratio=1 Ratio=2 Ratio=1/2 Ratio=1 Ratio=2 300°C 300°C 300°C 350°C 350°C 350°C
255.5 nm/min
344.1 nm/min
388.5 nm/min
211.9 nm/min
235.5 nm/min
345 Nm/min 表 3-1HDPCVD 薄膜沉積參數
ICP Power
(w)
Pressure (torr)
Temperature ( )℃
Z3ms (sccm)
O2
(sccm)
Ar (sccm)
CF4
(sccm)
300 1 300 10~40 10~40 20 10~40
(stretching bending modes) 的 (440 、 810 、 1060cm-1) ， Si-F 伸 張 鍵 (stretching mode)的(910、940 cm-1)，Si-CH3 伸張鍵(stretching and bending mode)的(802、1250 cm-1)，Si-H 伸張鍵(stretching modes) 的 (2100-2235 cm-1)，CHx 伸張鍵(stretching modes)的(2855-2960 cm-1)，
O-H 伸張鍵(stretches )的(3350-3500 cm-1)。在不同氣體比例下時，如(圖 3-4)所示，當我們增大 Z3ms 和 CF4的氣體流量時，Si-O 伸張鍵 (stretching bending modes)的 1060cm-1peak 會有向短波數紅移的現 象，這可能是因為Si-CH3和Si-F 鍵會把 Si 中的電子吸過去，所以相 較之下Si-O 鍵的能量較弱，而 Si-O 鍵的能量變小時，相對的 Si-O 鍵的波數也隨之變小，所以造成了有 red-shift 的現象；另外，在增加 O2流量時，我們也可以看到Si-O 的 peak 強度也有增強的趨勢。而在 不同的時間下，對於單層或雙層的F-SiOC:H 吸收光譜來說，其吸收 的peak 位置，影響是不大的，如(圖 3-5)所示，但是，不管是單層還 是雙層的F-SiOC:H，Si-CH3和 Si-O 的 peak 都會隨著製程時間的增 加，很明顯的都有強度變強的趨勢。而(圖 3-6)所示，則是只有第二 層破壞性干涉層(Oxide-rich)去量測 FTIR 的光譜圖，很明顯的 Si-O 鍵 較強。
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 -0.25
-0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10
Si-CH3 Si-F Si-CH 3 CH x
Si-H x
(red shift)
Si-O
O2:z3ms:CF4 1:8:8 O2:z3ms:CF
4 1:4:4 O2:z3ms:CF4 1:2:2 O2:z3ms:CF4 1:1:1
Absorbance (arb.units)
Wavenumber(cm-1)
圖3-4 固定 z3ms 流量下改變 O2流量得到的 IR 吸收光譜
500 1000 1500 2000 2500 3000
-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
Si-CH3 Si-F Si-O Si-CH3 Si-Hx CH x
Absorbance (arb.units)
Wavenumber(cm-1)
Double layer-290s Double layer-220s Double layer-90s Single layer-220s Single layer-145s Single layer-90s
在要量測 F-SiOC:H 電性之前，我們會利用後段常壓退火爐管，
完成退火處理後，我們再次利用傅立葉轉換紅外吸收光譜儀(Fourier Trans-form Infrared Spectroscopy, FT-IR) 對 於 矽 基 板 上 沉 積 的 F-SiOC:H 薄膜量測紅外線吸收光譜，來看看退火後，薄膜之鍵結結 構會有何改變。其吸收光譜如(圖 3-7)所示，為退火之前改變氣體流 量的吸收光譜圖；而圖(3-8)則為改變製程時間，退火後的 FTIR 圖形。
我們可以看到兩張圖退火後Si-O 鍵的 peak 有變大的趨勢，而其餘鍵 的 peak 則相對減小許多，這可能是在 low K 專用的常壓退火爐管退 火的過程中，F-SiOC:H 薄膜吸收了氧氣所造成的結果，而用 K 值最 低的氣體比例所得的退火前後FTIR 比較圖，如(圖 3-9)所示。
5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 4 0 0 0 4 5 -0 .0 1 5
-0 .0 1 0 -0 .0 0 5 0 .0 0 0 0 .0 0 5 0 .0 1 0 0 .0 1 5 0 .0 2 0
Si-F
Si-CH 3
Si-O Si-O
Absorbance (arb.units)
W a v e n u m b e r (c m-1)
圖 3-6 第二層(破壞性干涉層)F-SiOC:H 薄膜的 FTIR 圖
圖 3-7 退火處理前量測 FTIR 的吸收變化情形
圖 3-8 退火處理後量測 FTIR 的吸收變化情形
1000 1500 2000 2500 3000
-0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20
CHx
Si-CH3 Si-H x
Si-O Si-O
Absorbance (arb. units)
Wavenumber(cm-1)
CF4/3ms/O2 2:2:1 CF4/3ms/O
2 4:4:1 CF4/3ms/O2 8:8:1 CF4/3ms/O
2 4:4:1 210s
1000 1500 2000 2500 3000
-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Si-CH3
Si-O Si-O
Absorbance (arb.units)
Wavenumber(cm-1)
CF4:3ms:O
2 2:2:1 CF4:3ms:O2 4:4:1 CF4:3ms:O2 8:8:1 CF4:3ms:O2 4:4:1 210s
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 -0.15
-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
Si-CH3 Si-O
Absorbance (arb. units)
Wavenumber(cm-1) Before anneal_K min After annealed_K min
圖 3-9 退火前後 CF4:Z3ms:O2=4:4:1 的比較圖
很明顯的退火後的Si-O 鍵的 peak，相較於退火前的 Si-O 鍵的 peak，
強度要加強許多。
而在F-SiOC:H薄膜中元素含量的XPS成分分析圖，其中widescan 如(圖 3-10)到(圖 3-11)所示，分別顯示出第二層破壞性干涉層 (Oxide-rich)的F-SiOC:H在不同CF4/O2氣體流比之下的成分分析圖。而 如(圖 3-12)到(圖 3-16)所示，為單層的F-SiOC:H在不同的CF4/O2流量 比之下的widescan成分分析圖。再加上去掉CF4的widescan分析圖，如 (圖 3-17)所示。我們可以看到在不同流量之下，隨著O2 和CF4的流量 增加，O2 和CF4的peak強度會隨之增強。而各元素改變流量的分析圖 分別依照矽(Si)、氧(O2)、氟(F)、碳(C)來排列。由改變氣體流量的分 析圖我們可以發現，改變氣體流量對Si2p的Binding energy的peak位置 影響不大，只對Binding energy的peak強度有影響，如(圖 3-18)所示。
但是對於O1s來說，當O2的流量增加時，O1s的Binding energy的peak 位置有向O-Si(533.1ev)的Binding energy移動而逐漸減低的趨勢，這種 chemical shift應該是因為O2流量增大的關係，造成O-Si鍵結的增加 [46]，如(圖 3-19)所示。而對於F1s和C1s來說，則是隨著CF4和Z3ms 的 流 量 增 大 ，F1s 和 C1s 的 Binding energy 的 peak 位 置 ， 分 別 有 向 Si-F(686.6ev)[47]和C-F2(292.5ev)[48]的Binding energy移動且逐漸變 高的趨勢，而這種chemical shift應該是因為Si-F和C-F2隨著Z3ms和CF4
的流量增大，而造成Si-F和C-F2鍵結增加的關係，如(圖 3-20)和(圖 3-21)所示。此外，F1s隨著CF4的氣體流量增加，F1s的Binding energy
的peak強度有隨之增強的趨勢。而XPS的元素成分百分比，整理表如 (表 3-3)所示，基本上碳(C)、氧(O2)、氟(F)的百分比含量都和氣體流 量成正比，但是氟的含量不像碳隨著氣流比例增加的那麼快，很明顯 F所佔的百分比比較少，那是因為有超過95%~97%左右的CF4，只是 被吹進反應室中，當作清潔Chamber的氣體[20]，所以真正能和SiOC:H 薄膜鍵結的氟含量是很低的。此外，在(表3-3)中，我們發現K值最低 的就是F含量最多的那兩組，這是因為F的陰電性本質會減少SiOXFy
的極化，進而降低K值。然而，CF4流量更高的另外兩組(CF4:O2 為4:1 以及8:1)，這兩組的含氟量卻較少，這應該是因為F的濃度太高，在 沉積完薄膜後，再去進行退火的過程中，反而造成了F氣體從薄膜中 逸出，進而使得F在薄膜中的含量反而較低。[20]
圖 3-10 CF4:O2=1:5 的 Oxide-rich _F-SiOC:H_widescan
圖 3-11 CF4:O2=1:10 的 Oxide-rich _F-SiOC:H_widescan
0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000 1800000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Counts / s
Binding Energy (eV) SURVEY
O KL1
O 1s
C 1s
Si 2sSi 2p1 C KL1
F KL1
F 1s
Na KL1
Cl 2p1 0
200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000 1800000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Counts / s
Binding Energy (eV) SURVEY
O KL2 O KL1
F 1s
O 1s
C 1s
Si 2s Si 2p1 C KL1
Na 1s
F KL1
Na KL1
Cl 2p1
C1s
C1s
圖 3-12 CF4:O2 =1:1 的 F-SiOC:H _XPS_wide scan
圖 3-13 CF4:O2 =2:1 的 F-SiOC:H _XPS_wide scan
0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Counts / s
Binding Energy (eV) SURVEY
O KL1
F KL1
F 1s
O1s
C 1s
Si 2s Si 2p1 C KL1
Na 1s
Na KL1
0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Counts / s
Binding Energy (eV) SURVEY
O KL2O KL1
F KL1 F 1s
O1s
C 1s
Si 2sSi 2p1 C KL1
Na 1s
Na KL1
Cl 2p1
圖 3-14 CF4:O2 =3:1 的 F-SiOC:H _XPS_wide scan
圖 3-15 CF4:O2 =4:1 的 F-SiOC:H _XPS_wide scan
0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Counts / s
Binding Energy (eV) SURVEY
O KL2O KL1
F KL1 F 1s
O 1s
C 1s
Cl 2s Si 2s Si 2p1 C KL1
O KL3
Na KL1
0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Counts / s
Binding Energy (eV) SURVEY
O KL1
F KL1 F 1s
O 1s
C 1s
Si 2s Si 2p1 C KL1
圖 3-16 CF4:O2 =8:1 的 F-SiOC:H _XPS_wide scan
圖 3-17 3ms:O2 =8:1 無 CF4的 F-SiOC:H _XPS_wide scan
0 500000 1000000 1500000 2000000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Counts / s
Binding Energy (eV) SURVEY
O KL2O KL1
O1s
C 1s Si 2sSi 2p1 C KL1
Na 1s
F KL1 F 1s
Na KL1
Cl 2p1 0
200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Counts / s
Binding Energy (eV) SURVEY
O KL1
F KL1
F 1s
O1s
C 1s
Si 2s Si 2p1 C KL1
Na KL1 Na 1s
95 100 105 110 115 2000
4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
Z3m s:CF4:O2=1:1:10 Z3m s:CF4:O2=1:1:5 Z3m s:CF4:O2=1:1:1 Z3m s:CF4:O2=2:2:1 Z3m s:CF4:O2=4:4:1 Z3m s:CF4:O2=8:8:1
Counts/s
Binding Energy(ev)
圖 3-18 F-SiOC:H 薄膜 XPS_不同流量 Si2p 分析
525 530 535 540 545
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
Z3ms:CF
4:O
2=1:1:10 Z3ms:CF4:O2=1:1:5 Z3ms:CF
4:O
2=1:1:1 Z3ms:CF4:O2=2:2:1 Z3ms:CF4:O2=4:4:1 Z3ms:CF4:O2=8:8:1
Counts/s
Binding Energy(ev)
圖 3-19 F-SiOC:H 薄膜 XPS_不同流量 O1s 分析
680 685 690 695 700 32000
34000 36000 38000 40000 42000 44000 46000 48000 50000 52000 54000
Counts/s
Binding Energy(ev)
CF4:O
2=1:10 CF4:O
2=1:5 CF4:O2=1:1 CF4:O
2=2:1 CF4:O
2=4:1 CF4:O2=8:1
圖 3-20 F-SiOC:H 薄膜 XPS_不同流量 F1s 分析
275 280 285 290 295 300
4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
18000 CF4:O2=1:10
CF4:O
2=1:5 CF4:O2=1:1 CF4:O
2=2:1 CF4:O2=4:1 CF4:O
2=8:1
Counts/s
Binding Energy(ev)
圖 3-21 F-SiOC:H 薄膜 XPS_不同流量 C1s 分析
3-3.2 F-SiOC:H 介電常數值分析
我們接下來在進行電性量測之前，先將 Sample 放入後段常壓退 火爐管，來做退火處理的動作，退火參數如(表 3-4)所示。而退火是 一種加熱過程，在此過程中我們將晶圓加熱以產生物理或化學的變 化，在此過程中會在晶圓表面移除或增加少量物質，藉此來修補晶格
表 3-3 F-SiOC:H 的 XPS 元素成分百分比分析表 XPS Si % O2 % F % C % Z3ms:CF4:O2
1:1:10 (3s)
25.21% 44.18% 0.57% 30.04%
Z3ms:CF4:O2 1:1:5 (10s)
26.26% 44.26% 2.06% 27.41%
Z3ms:CF4:O2 1:1:1 (60s)
26.64% 32.47% 2.71% 38.17%
Z3ms:CF4:O2 2:2:1 (145s)
30.91% 27.9 4.4% 36.8%
Z3ms:CF4:O2
3:3:1 (60)
31.6% 22.6% 4.57% 41.23%
Z3ms:CF4:O2 4:4:1 (210s)
28.75% 34.5% 2.65% 34.1%
Z3ms:CF4:O2 8:8:1 (145s)
25.91% 31.51% 2.12% 40.47%