高純氧氣電漿對多孔隙低介電系數材料的影響

　　高純氧氣是氧元素常見的單質形態。高純氧氣是空氣的組分之一，無色、無嗅、無味。高純氧氣被廣泛運用于各個行業，如醫療、化工、航天等。高純氧氣電漿處理對多孔隙低介電系數材料之影響，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材料(low-k)經過高純氧氣電漿處理后的退化情形，其介電系數(k)范圍為2.5~3.0，經過高純氧氣電漿處理后的低介電系數材料因為Si-OH鍵結的形成，使其介電系數上升，當摻雜有機高分子(Porogen)的低介電系數材料經過高純氧氣電漿處理，會形成更多Si-OH鍵結，使其電性及可靠度變差，而低介電系數材料摻雜有機高分子再經過紫外光(UV)照射處理雖有更低的介電系數，但其電性及可靠度卻會變差；然而，經過He/H2遙控電漿處理的低介電系數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材料經過不同射頻功率、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。實驗結果顯示，經過電漿製程后，會在薄膜表面形成一層表面改質層，當提高射頻功率及處理時間時，表面改質層的厚度比較高，而當氣體流量減少時，表面改質層的厚度也比較高，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打斷并形成與水氣有關之Si-OH鍵結，而其本身的低極性Si-CH3鍵結會減少，造成薄膜由疏水性變為親水性，介電系數也因而上升，薄膜機械強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計的冪罩結構來探討電漿中離子、光子及自由基對低介電系數薄膜的退化影響程度；實驗結果顯示，電漿中所有成分皆會造成低介電系數薄膜電性及可靠度的退化，而離子會造成嚴重的破壞；再者，自由基、光子及離子共同造成的破壞會更加嚴重。

　　第四部、分為探討內連線鑲嵌溝槽結構中側壁(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，我們便設計一簡單溝槽結構來模擬實際的溝槽結構。實驗結果指出，經過高純氧氣電漿處理后，溝槽結構中Sidewall薄膜及Bottom薄膜的電性與可靠度皆會變差，且溝槽結構中Sidewall薄膜所受到的破壞比Bottom薄膜少。同時，當溝槽的寬度下降時，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low-k薄膜的條件下，當溝槽結構寬度微縮時，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層去除，并分析此表面改質層的影響。實驗結果顯示，經過高純氧氣電漿處理之薄膜所產生之表面改質層會使薄膜特性變差，但是當表面改質層被完全蝕刻后，其薄膜特性、電性及可靠度皆會與未經過高純氧氣電漿處理之薄膜的特性相似。

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