摘要
蝕刻電漿源為複雜的系統，許多因素都會影響電漿狀態，進而改變蝕刻製程結果，當中蝕刻產物與腔壁狀態扮演的角色，是目前瞭解較少且受較多矚目的部份，並且對氯氣電漿蝕刻矽製程表現與穩定性相當重要。本研究使用電感耦合式氯氣電漿蝕刻多晶矽，利用電漿放射光譜量測系統、微波感測器、橢圓儀、射頻阻抗計分別量得Cl2、Cl、SiClX相對濃度、電漿密度、多晶矽膜厚、射頻偏壓功率的峰值電壓與到達晶片的離子電流之即時數據。首先使用不同射頻偏壓功率蝕刻6吋多晶矽晶圓，蝕刻率不同，產物產率也不同，探討蝕刻過程中各氣相物種濃度之動態變化趨勢與機制，瞭解蝕刻反應與蝕刻產物對電漿環境的影響，與腔壁特性所扮演的角色。並使用3×3 cm2之較小面積多晶矽切片進行蝕刻實驗，觀察在較小蝕刻面積時各氣相物種濃度動態變化的差異。最後使用氬氣電漿進行濺射蝕刻6吋多晶矽晶圓實驗，比較不同蝕刻機制間，各氣相物種濃度動態變化間的差異。蝕刻時會消耗氯原子且新增矽氯產物，造成Cl2、Cl、SiClX濃度與電漿密度有明顯變化，變化程度隨蝕刻率不同而有所差異。蝕刻剛開始時多晶矽蝕刻率上升至穩態的時間隨射頻偏壓功率越低而越長，最可能的原因是轟擊晶圓的離子能量隨射頻偏壓功率不同，影響多晶矽表面氯化層形成穩定平衡的蝕刻狀態過程相關。此外蝕刻初期新增的大量產物，造成腔壁狀態將處於矽氯化物吸附量漸增的動態過渡期，導致各物種在腔壁表面的吸附、去吸附機率與氯原子在壁上復和成氯分子的機率都隨之改變，進而促使電漿環境出現相應的動態變化。射頻偏壓功率關掉後，失去高能離子輔助蝕刻，驟減的矽氯產物產量與濃度，造成腔壁表面矽氯化物吸附量持續漸減，導致腔壁狀態與電漿環境進入另一個動態變化期。此外射頻偏壓功率關掉後，多晶矽仍有緩慢蝕刻。在蝕刻3×3 cm2多晶矽切片時，因為產物產率明顯少於蝕刻6吋多晶矽，所以造成腔壁狀態與電漿環境有更長時間的動態變化。用氬氣電漿蝕刻多晶矽實驗，因為機制為物理濺擊，不同於氯氣電漿的離子輔助化學蝕刻，所以在射頻偏壓功率一開啟，蝕刻產物濃度幾乎立刻上升至穩定，在不同射頻偏壓功率下都是如此，不同於氯氣電漿蝕刻時有明顯之蝕刻初始的暫態變化階段。