Abstract
本研究主要利用BCl3電漿，開發HfAlO（2：1）的電漿蝕刻製程，來改善蝕刻過後矽（Si）表面粗糙度以及對Si蝕刻選擇比的探討，實驗操作參數為控制電漿源功率、偏壓功率、蝕刻時間、腔體壓力和晶圓座溫度來研究對蝕刻選擇比與表面粗糙度的影響。由於離子轟擊能量以及蝕刻物種濃度對蝕刻率有很顯著的影響，於是本研究利用射頻阻抗計（Impedance meter）、光譜儀分別來測量晶圓座上的射頻峰值電壓（RF peak voltage）和離子電流（ion energy）以及氯化硼分子(BCl:271.99 nm)、氯原子(Cl:725.7 nm)光譜強度；為了對蝕刻表面輪廓與表面元素分析與蝕刻機制的探討，研究中使用材料分析儀器：ESCA、AFM，觀察蝕刻過後試片的表面情形，研究這些參數對蝕刻率、選擇比與表面粗糙度的影響。由使用XPS分析發現，在蝕刻時間增加的情形下，O1s訊號逐漸往高束縛能的方向偏移。蝕刻前，O與Hf的鍵結型態，明顯大於於O與Al的鍵結型態，在持續受到離子轟擊之下，O與Hf和Al的鍵結型態逐漸改變，在蝕刻到Si的界面時，鍵結型態逐漸形成Si-O-Hf,Al的矽酸鹽鍵結。觀察Hf與Al的元素發現，Hf/Al比例隨著蝕刻時間的增加，Hf/Al的比例差距越來越大，似乎Al的移除速率大於Hf，在蝕刻至Si表面的時候，Hf的元素可能因為與Si發生鍵結，或其蝕刻副產物之揮發溫度較高[14]，而造成Hf比較難從Si表面移除。當製程參數操作在ICP power 800 W、Pressure 5 mTorr、Bias Power 30 W、晶圓座溫度30℃，HfAlO（2：1）與Si的蝕刻深度不隨時間增加而增加，由射頻阻抗計量測當時之峰值偏壓約在34.52 V附近，在具有圖樣的Si試片，操作在此蝕刻條件下，容易形成側壁下有凹槽的情形。在晶圓座溫度調變的實驗中發現，晶圓座溫度對HfAlO(2:1)的蝕刻率有顯著的影響，當電漿源功率固定在1000 W，偏壓功率在45 W，晶圓座溫度固定在0℃時，腔體壓力在5 mTorr以下時HfAlO(2:1)/ Si的蝕刻選擇比可達到3以上。