高純氧氣電漿對多孔隙低介電系數(shù)材料的影響

　　高純氧氣是氧元素常見的單質(zhì)形態(tài)。高純氧氣是空氣的組分之一，無色、無嗅、無味。高純氧氣被廣泛運(yùn)用于各個行業(yè)，如醫(yī)療、化工、航天等。高純氧氣電漿處理對多孔隙低介電系數(shù)材料之影響，主要可分成以下五個部分。

　　第 一 部分、為分析不同低介電系數(shù)材料(low-k)經(jīng)過高純氧氣電漿處理后的退化情形，其介電系數(shù)(k)范圍為2.5~3.0，經(jīng)過高純氧氣電漿處理后的低介電系數(shù)材料因為Si-OH鍵結(jié)的形成，使其介電系數(shù)上升，當(dāng)摻雜有機(jī)高分子(Porogen)的低介電系數(shù)材料經(jīng)過高純氧氣電漿處理，會形成更多Si-OH鍵結(jié)，使其電性及可靠度變差，而低介電系數(shù)材料摻雜有機(jī)高分子再經(jīng)過紫外光(UV)照射處理雖有更低的介電系數(shù)，但其電性及可靠度卻會變差；然而，經(jīng)過He/H2遙控電漿處理的低介電系數(shù)材料因為減少了電漿中離子轟擊的影響，使其表面較緻密，因此可以有效降低高純氧氣電漿的破壞。

　　第二部分、主要研究多孔隙低介電系數(shù)材料經(jīng)過不同射頻功率、處理時間及氣體流量的高純氧氣電漿處理后，其對薄膜特性、電性以及可靠度之影響。實(shí)驗結(jié)果顯示，經(jīng)過電漿製程后，會在薄膜表面形成一層表面改質(zhì)層，當(dāng)提高射頻功率及處理時間時，表面改質(zhì)層的厚度比較高，而當(dāng)氣體流量減少時，表面改質(zhì)層的厚度也比較高，這表示高純氧氣電漿處理對多孔隙低介電系數(shù)材料之破壞會隨著射頻功率及處理時間的增加而增加，隨著氣體流量增加而減少；高純氧氣電漿中離子轟擊將脆弱的鍵結(jié)打斷并形成與水氣有關(guān)之Si-OH鍵結(jié)，而其本身的低極性Si-CH3鍵結(jié)會減少，造成薄膜由疏水性變?yōu)橛H水性，介電系數(shù)也因而上升，薄膜機(jī)械強(qiáng)度和電性以及可靠度皆變差，且變化幅度會隨著射頻功率及處理時間的增加而增加，隨著氣體流量增加而減少。

　　第三部、分則利用一個特殊設(shè)計的冪罩結(jié)構(gòu)來探討電漿中離子、光子及自由基對低介電系數(shù)薄膜的退化影響程度；實(shí)驗結(jié)果顯示，電漿中所有成分皆會造成低介電系數(shù)薄膜電性及可靠度的退化，而離子會造成嚴(yán)重的破壞；再者，自由基、光子及離子共同造成的破壞會更加嚴(yán)重。

　　第四部、分為探討內(nèi)連線鑲嵌溝槽結(jié)構(gòu)中側(cè)壁(Sidewall)及底層(Bottom)之low-k 薄膜在高純氧氣電漿製程中受到之影響，我們便設(shè)計一簡單溝槽結(jié)構(gòu)來模擬實(shí)際的溝槽結(jié)構(gòu)。實(shí)驗結(jié)果指出，經(jīng)過高純氧氣電漿處理后，溝槽結(jié)構(gòu)中Sidewall薄膜及Bottom薄膜的電性與可靠度皆會變差，且溝槽結(jié)構(gòu)中Sidewall薄膜所受到的破壞比Bottom薄膜少。同時，當(dāng)溝槽的寬度下降時，高純氧氣電漿對Sidewall薄膜及Bottom薄膜的破壞皆會減少，因為有較低流量的高純氧氣電漿成分通過。因此，在相同電漿處理及l(fā)ow-k薄膜的條件下，當(dāng)溝槽結(jié)構(gòu)寬度微縮時，不會對薄膜造成更多的退化。

　　第五部、分為利用HF溶液將薄膜之表面改質(zhì)層去除，并分析此表面改質(zhì)層的影響。實(shí)驗結(jié)果顯示，經(jīng)過高純氧氣電漿處理之薄膜所產(chǎn)生之表面改質(zhì)層會使薄膜特性變差，但是當(dāng)表面改質(zhì)層被完全蝕刻后，其薄膜特性、電性及可靠度皆會與未經(jīng)過高純氧氣電漿處理之薄膜的特性相似。

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