JG g jNJ 1其 中 ,G: 系 統 的 Gibbs 自 由 能j(3-2)gj:j 物 種 的 莫 耳 Gibbs 自 由 能Nj: 在 系 統 中 ,j 物 種 的 莫 耳 數J: 總 物 種 的 數 量gjjT, PRT ln Xj g(3-3)其 中 , TPg j, : 在 此 系 統 的 溫 度 與 壓 力 下 ,j 物 種 的 Gibbs 自 由 能R: 氣 體 常 數Xj:j 物 種 的 莫 耳 分 率gjTPHjTSj, (3-4)其 中 ,H j : 在 此 系 統 的 溫 度 與 壓 力 下 , 純 物 質 j 的 EnthalpyS j : 在 此 系 統 的 溫 度 與 壓 力 下 , 純 物 質 j 的 Entropy表 3-2 氧 氣 / 四 氟 甲 烷 / 氮 氣 系 統 之 熱 力 學 模 型 相 關 反 應 物 種 列 表反 應 物 種NN 2N 3NONO 2NO 3NFONFO 2N 2 ONFNF 2NF 3N 2 F 2N 2 F 4OO 2O 3FFOFO 2C 2 F 3CF 4F 2C 2 F 4F 2 OC 2 F 5C 2 F 6CCOCFCO 2CF 2COFCF 3F 2 O 2COF 223
第 四 章結 果 與 討 論本 研 究 之 結 果 將 分 為 四 大 部 分 進 行 分 析 討 論 , 包 括 CF 4 、SF 6 電 漿 火 炬 削 減 ; 電腦 模 擬 ; 最 後 探 討 PECVD 模 擬 蝕 刻 產 物 並 利 用 電 漿 火 炬 進 行 尾 氣 處 理 。 研 究 將 探 討功 率 、 載 氣 流 量 、 氧 氣 流 量 等 操 作 參 數 對 於 兩 種 全 氟 進 行 電 漿 削 減 成 效 分 析 。I. 電 漿 火 炬 對 CF 4 削 減 之 研 究4-1 微 波 功 率 與 載 氣 ( 氮 氣 ) 流 量 對 四 氟 甲 烷 轉 化 效 能 之 影 響圖 4-1 為 固 定 CF 4 與 O 2 進 料 流 量 為 50 sccm, 改 變 微 波 功 率 對 CF 4 轉 化 率 之 影響 , 結 果 可 發 現 , 無 論 載 氣 流 量 為 10 或 20 slm,CF 4 轉 化 的 效 果 皆 隨 著 提 供 的 微 波功 率 增 加 而 上 升 ; 其 原 因 為 當 微 波 功 率 增 加 , 電 漿 中 之 電 子 密 度 增 高 , 提 供 更 多 的 電子 與 CF 4 進 行 碰 撞 , 生 成 較 多 的 離 子 與 自 由 基 。 且 在 一 大 氣 壓 下 , 電 子 與 中 性 物 種 碰撞 頻 率 高 , 導 致 氣 體 溫 度 隨 微 波 功 率 增 加 而 提 高 , 增 進 CF 4 解 離 反 應 速 率 ; 另 外 通 入的 氧 氣 也 會 與 電 子 碰 撞 形 成 氧 原 子 , 可 與 碳 氟 自 由 基 重 組 生 成 新 的 產 物 , 並 有 效 抑 制碳 氟 自 由 基 再 結 合 。 載 氣 流 量 對 轉 化 率 影 響 部 分 , 由 結 果 可 發 現 載 氣 流 量 較 高 時 ,CF 4 之 轉 化 效 果 明 顯 降 低 ; 主 要 原 因 為 當 載 氣 流 量 增 加 時 , 會 使 反 應 器 內 的 溫 度 降低 , 進 而 使 轉 化 率 下 降 , 另 外 本 研 究 之 電 漿 火 炬 反 應 器 的 高 溫 區 長 度 約 為 20cm, 當載 氣 流 量 增 加 , 會 導 致 反 應 氣 體 於 高 溫 區 的 滯 留 時 間 減 少 , 無 法 使 CF 4 達 到 最 大 解 離率 導 致 轉 化 率 下 降 。圖 4-2 為 產 物 分 析 結 果 , 本 研 究 主 要 的 產 物 包 含 CO 2 、COF 2 、NO 2 以 及 SiF 4 ; 圖中 發 現 COF 2 有 先 升 後 降 的 趨 勢 , 其 餘 產 物 的 生 成 量 皆 隨 著 微 波 功 率 的 提 高 而 增 加 ;其 原 因 為 CF 4 與 電 子 碰 撞 會 生 成 許 多 CF x 自 由 基 , 其 首 先 會 與 O 自 由 基 進 一 步 結 合生 成 COF 2 , 接 著 COF 2 會 在 與 電 子 碰 撞 使 C-F 鍵 被 打 斷 , 然 後 再 與 O 自 由 基 結 合 生成 CO 2 , 因 此 COF 2 有 先 升 後 降 的 趨 勢 ;NO 2 產 量 隨 微 波 功 率 上 升 而 增 加 則 是 由 於 在較 高 的 微 波 功 率 下 , 系 統 提 供 較 多 的 電 子 與 N 2 碰 撞 , 使 N-N 鍵 斷 裂 , 並 與 O 自 由 基結 合 生 成 NO 2 ;SiF 4 的 生 成 主 要 是 由 於 電 子 與 CF 4 碰 撞 生 成 許 多 F 自 由 基 , 然 後 與 石24