Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/9906
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dc.contributor.advisor薛富盛zh_TW
dc.contributor.advisorF. S. Shieuen_US
dc.contributor.author陳孟君zh_TW
dc.contributor.authorChen, Meng-Chunen_US
dc.date2004zh_TW
dc.date.accessioned2014-06-06T06:43:54Z-
dc.date.available2014-06-06T06:43:54Z-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11455/9906-
dc.description.abstract中文摘要 隨著積體電路製程的迅速發展,元件尺寸也不斷縮小,當線寬與導線間距逐漸減小會使導線電阻及導線間電容的增加,造成電子訊號在金屬連線間傳送的時間延遲效應,為了改善此問題必須使用更低介電常數的材料,以降低元件尺寸縮小所產生的電阻電容延遲(RC-delay)效應。 低介電常數材料環烯烴聚合物(Cyclic Olefin Copolymers, COC),具有優良的電子特性,介電常數約2.35。本論文以旋轉塗佈方式製備環烯烴聚合物薄膜,再以非平衡磁控濺鍍系統(UBM)施行電漿處理與沉積銅薄膜,討論氬電漿與氮電漿處理對環烯烴聚合物薄膜性質的影響。電漿處理前後環烯烴聚合物薄膜的特性分別以FTIR光譜儀、原子力顯微鏡、接觸角、I-V測量儀、C-V測量儀、拉伸試驗機與FESEM分析薄膜分子結構、表面粗糙度、漏電流密度、介電常數、附著性與薄膜厚度。 未經電漿處理的環烯烴聚合物薄膜經100℃退火168小時後,在2 MV/cm的電場下漏電流密度由1×10-8 A/cm2提高到1.3×10-7 A/cm2,經氬電漿處理的試片漏電流密度可以保持在1×10-8 A/cm2 的級數。環烯烴聚合物薄膜經過250 V氬電漿處理後,提高了環烯烴聚合物薄膜的親水性,接觸角由91°降低到62°,在100℃退火168小時後,銅/COC界面間的附著力由5 MPa下降到2.9 MPa;經氬電漿處理鍍銅過程中在基材加偏壓250V,雖然可以提高銅/COC界面間的附著力至6.0 MPa,漏電流密度卻達到崩潰以上約1×10-4 A/cm2。 環烯烴聚合物薄膜經過300V氮電漿處理後,銅/COC界面間附著力約2.6 MPa,漏電流密在2 MV/cm的電場下保持在10-8 A/cm2 級數,經100℃退火後附著力下降到0.7 MPa,100℃退火168小時後漏電流密度密度達到了10-6 A/cm2的級數,由XPS結果得知經氮電漿處理後氮原子會植入環烯烴聚合物薄膜,這是造成100℃退火後環烯烴聚合物薄膜性質劣化的主要原因。zh_TW
dc.description.abstractAbstract In order to reduce the RC-delay in ultra large scale integration (ULSI) circuits, interconnect materials with low electric resistivity and interlayer films with low dielectric constant are required. Cyclic olefin copolymers (COC) with low dielectric constant of 2.35 exhibits excellent electric property. In this work, cyclic olefin copolymer (COC) films were prepared first by dissolving the commercial COC pellets in xylene solution and then follow by spin coating COC solution on polyester and silicon substrates. Subsequently, plasma treatment and Cu deposition on the COC films were carried out by unbalanced magnetron sputtering (UBM). The influence of argon and nitrogen plasma treatments on the COC properties, which include binding type, surface roughness, film thickness, leakage current, dielectric constant, hydrophilicity, and adhesion, were investigated by FTIR, AFM, FESEM, I-V measurement, C-V measurement, contact angle measurement, and a tensile tester. It is found that the leakage current density of the COC films after annealing at 100℃ for 168 hours decreases from 1×10-8 to 1.3×10-7 A/cm2 (at 2 MV/cm); whereas it remains much the same value for the argon plasma treated COC films. The contact angle of water on the COC films after argon plasma treatment decreased from 91° to 62°. After annealing at 100℃ for 168 hours, the bond strength of the Cu/COC interfaces decreased from 5 MPa to 2.9 MPa. By contrast the bond strength of the Cu/COC interfaces for the plasma-treated COC films with 250 V bias on the substrate during Cu deposition increased to about 6.0 MPa, but its leakage current density also increased significantly. The adhesion and leakage current density of the Cu/COC interfaces after nitrogen plasma treatment were 2.6 MPa and the 10-8 A/cm2, respectively. After annealing at 100℃, the bond strength of the Cu/COC interfaces reduced to 0.7 MPa and the leakage current density increased to 10-6 A/cm2. The XPS result suggests that nitrogen implantation in the COC films causes the degradation of the COC properties. Abstracten_US
dc.description.tableofcontents總目錄 中文摘要------------------------------------------------------------------------------------І 英文摘要-----------------------------------------------------------------------------------П 總目錄-------------------------------------------------------------------------------------Ш 圖目錄-------------------------------------------------------------------------------------VІ 表目錄--------------------------------------------------------------------------------------X 第一章 緒論-------------------------------------------------------------------------------1 1.1前言----------------------------------------------------------------------------1 1.2研究動機----------------------------------------------------------------------4第二章 文獻回顧-------------------------------------------------------------------------5 2.1低介電常數材料性質的要求----------------------------------------------5 2.2低介電常數材料的種類----------------------------------------------------7 2.2.1摻雜氧化矽(Doped Silica)--------------------------------------------8 2.2.2有機高分子薄膜(Organic Polymer)--------------------------------12 2.2.3多孔隙材料(Porous Materials)--------------------------------------16 2.3低介電常數材料的製備---------------------------------------------------17 2.3.1旋轉塗佈法(Spin On Deposition, SOD)---------------------------17 2.3.2化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition, CVD)-----------19 2.4漏電流機制------------------------------------------------------------------21 2.5電漿處理對高分子材料的影響------------------------------------------22 2.6環烯烴聚合物(Cyclic Olefin Copolymers, COC)---------------------23 第三章 研究方法與流程--------------------------------------------------------------26 3.1試片前處理-----------------------------------------------------------------27 3.1.1基材選擇---------------------------------------------------------------27 3.1.2基材清潔---------------------------------------------------------------27 3.2環烯烴聚合物薄膜的製備-----------------------------------------------28 3.3電漿處理及鍍膜的製備--------------------------------------------------29 3.3.1鍍膜設備---------------------------------------------------------------29 3.3.2電漿處理---------------------------------------------------------------30 3.3.3銅薄膜製程參數------------------------------------------------------30 3.4傅立葉轉換紅外線光譜分析(FTIR)------------------------------------31 3.5原子力顯微鏡(SPM)-------------------------------------------------------31 3.6接觸角(Contact angle)-----------------------------------------------------31 3.7 X光光電子能譜儀譜(XPS)----------------------------------------------31 3.8熱處理------------------------------------------------------------------------32 3.9附著性分析------------------------------------------------------------------32 3.10電性量測-------------------------------------------------------------------33 3.11微結構分析----------------------------------------------------------------33 第四章 結果與討論--------------------------------------------------------------------35 4.1氬電漿處理對環烯烴聚合物薄膜的影響-----------------------------35 4.1.1薄膜鍵結與表面形貌分析------------------------------------------35 4.1.2接觸角(Contact angle)-----------------------------------------------42 4.1.3附著性------------------------------------------------------------------46 4.1.4微觀結構---------------------------------------------------------------50 4.1.5介電特性---------------------------------------------------------------53 4.2氮電漿處理對環烯烴聚合物薄膜的影響-----------------------------63 4.2.1薄膜鍵結與表面形貌分析------------------------------------------63 4.2.2接觸角(Contact angle)-----------------------------------------------66 4.2.3附著性------------------------------------------------------------------69 4.2.4氮電漿對環烯烴聚合物薄膜介電特性的影響------------------71 4.3 X光光電子能譜儀譜(XPS)----------------------------------------------76 4.4 穿透式電子顯微鏡(TEM)-----------------------------------------------78 第五章 結論-----------------------------------------------------------------------------81 參考文獻----------------------------------------------------------------------------------82 圖目錄 圖1-1在不同線寬世代製程技術下,電子訊號延遲時間的程度-----------------3 圖2-1 HSQ, MSQ的化學結構----------------------------------------------------------9 圖2-2 SiOC的結構----------------------------------------------------------------------10 圖2-3 SiLK的聚合作用----------------------------------------------------------------10 圖2-4 SiOF發生水合作用產生Si-OH鍵結而釋出氫氟酸示意圖-------------11 圖2-5 PAE的化學結構-----------------------------------------------------------------12 圖2-6 Benzocyclobutene (BCB)單體之結構----------------------------------------13 圖2-7 Fluorinated Polyimides的化學結構------------------------------------------15 圖2-8 Teflon AF1600的化學結構----------------------------------------------------15 圖2-9環烯烴聚合物(Cyclic Olefin Copolymers, COC)之結構-----------------24 圖3-1實驗流程--------------------------------------------------------------------------26 圖3-2 (a)非平衡磁控濺鍍系統(UBM)設備結構示意圖-------------------------29 圖3-3 (a)拉伸試片結構圖(b)拉伸夾具示意圖-------------------------------------32 圖3-4 (a)電性試片結構圖(b)電性試片裂片示意圖(c)電性試片截面---------34 圖4-1環烯烴聚合物薄膜的FTIR光譜圖------------------------------------------36 圖4-2環烯烴聚合物經過250V氬電漿處理後的FTIR光譜圖----------------36 圖4-3環烯烴聚合物經過350V氬電漿處理後的FTIR光譜圖----------------37 圖4-4環烯烴聚合物薄膜的AFM影像圖------------------------------------------38 圖4-5環烯烴聚合物薄膜經過不同時間250V氬電漿處理的AFM影像圖(a)2分鐘(b)4分鐘(c)8分鐘--------------------------------------------------------38 圖4-6環烯烴聚合物薄膜經過不同時間350V氬電漿處理的AFM影像圖(a)2分鐘(b)4分鐘(c)8分鐘---------------------------------------------------40 圖4-7環烯烴聚合物薄膜表面粗糙度與250V氬電漿處理時間關係圖------41 圖4-8環烯烴聚合物薄膜的接觸角影像圖-----------------------------------------43 圖4-9環烯烴聚合物薄膜經過不同時間250V氬電漿處理的接觸角影像圖(a) 2分鐘(b)4分鐘(c)8分鐘----------------------------------------------------43 圖4-10環烯烴聚合物薄膜接觸角與電漿處理時間關係圖---------------------45 圖4-11拉伸試片破斷面的種類-------------------------------------------------------46 圖4-12經不同時間250 V氬氣電漿處理後,在100℃退火後的附著力與破斷面影像-----------------------------------------------------------------------48 圖4-13經不同時間250V氬氣電漿處理後,鍍銅過程基材加250V偏壓,在100℃退火後的附著力與破斷面影像------------------------------------49 圖4-14銅電極與環烯烴聚合物薄膜的FESEM截面圖--------------------------50 圖4-15銅電極與氬電漿處理2分鐘後環烯烴聚合物薄膜FESEM截面圖---51 圖4-16銅電極與氬電漿處理8分鐘後環烯烴聚合物薄膜FESEM截面圖---51 圖4-17在沉積過程基材加偏壓250V的銅電極與環烯烴聚合物薄膜FESEM截面圖--------------------------------------------------------------------------52 圖4-18在沉積過程基材加偏壓250V的銅電極與氬電漿處理8鐘後環烯烴聚合物薄膜的FESEM截面圖--------------------------------------------52 圖4-19環烯烴聚合物薄膜經不同時間250V氬電漿處理的介電特性(a)漏電流密度(b)介電常數----------------------------------------------------------54 圖4-20環烯烴聚合物薄膜經不同時間250V氬電漿處理,在100℃退火24小時後的介電特性(a)漏電流密度 (b)介電常數------------------------55 圖4-21環烯烴聚合物薄膜經不同時間250V氬電漿處理,在100℃退火48小時後的介電特性(a)漏電流密度 (b)介電常數------------------------56 圖4-22環烯烴聚合物薄膜經不同時間250V氬電漿處理,在100℃退火168小時後的介電特性(a)漏電流密度 (b)介電常數-----------------------57 圖4-23環烯烴聚合物薄膜經不同時間250V氬電漿處理後,鍍銅過程基材加偏壓250V的介電特性(a)漏電流密度(b)介電常數----------------59 圖4-24環烯烴聚合物薄膜經不同時間250V氬電漿處理後,鍍銅過程基材加偏壓250V,在100℃退火24小時後的介電特性(a)漏電流密度(b)介電常數----------------------------------------------------------------------60 圖4-25環烯烴聚合物薄膜經不同時間250V氬電漿處理後,鍍銅過程基材加偏壓250V,且在100℃退火48小時後的介電特性(a)漏電流密度(b)介電常數------------------------------------------------------------------61 圖4-26環烯烴聚合物經不同時間250V氬電漿處理後,鍍銅過程基材加偏壓250V,且在100℃退火168小時後的介電特性(a)漏電流密度(b)介電常數---------------------------------------------------------------------62 圖4-27環烯烴聚合物薄膜經過300V氮電漿處理的FTIR光譜圖-----------63 圖4-28環烯烴聚合物薄膜經過不同時間300V氮電漿處理的AFM影像圖(a)2分鐘(b)4分鐘(c)8分鐘-------------------------------------------------64 圖4-29環烯烴聚合物薄膜表面粗糙度與300V氮電漿處理時間關係圖----65 圖4-30環烯烴聚合物薄膜經過不同時間300V氮電漿處理的接觸角影像圖(a)2分鐘(b)4分鐘(c)8分鐘------------------------------------------------67 圖4-31環烯烴聚合物薄膜接觸角與氮電漿處理時間關係圖------------------68 圖4-32經不同時間300V氬氣電漿處理,在100℃退火後做的附著力與破斷面影像-----------------------------------------------------------------------70 圖4-33環烯烴聚合物薄膜經不同時間300V氮電漿處理的介電特性(a)漏電流密度(b)介電常數-----------------------------------------------------------72 圖4-34環烯烴聚合物薄膜經不同時間300V氮電漿處理,在100℃退火24 小時後的介電特性(a)漏電流密度 (b)介電常數------------------------73 圖4-35環烯烴聚合物薄膜經不同時間300V氮電漿處理,在100℃退火48 小時的後介電特性(a)漏電流密度 (b)介電常數-------------------------74 圖4-36環烯烴聚合物薄膜經不同時間300V氮電漿處理,在100℃退火168小時後的介電特性(a)漏電流密度(b)介電常數-------------------------75 圖4-37經氮電漿處理4分鐘環烯烴聚合物薄膜,氮原子的XPS光譜圖----77 圖4-38經氮電漿處理4分鐘,XPS成分分析氮原子成分百分比與氬離子束轟擊時間的關係圖-----------------------------------------------------------77 圖4-39銅與環烯烴聚合物薄膜橫截面影像圖------------------------------------79 圖4-40銅與環烯烴聚合物薄膜擇區繞射影像圖---------------------------------80 表目錄 表1-1 SIA 在2000年所製作之半導體製程進程表--------------------------------3 表2-1低介電常數材料的基本性質要求---------------------------------------------5 表2-2 各種低介電常數材料性質的比較--------------------------------------------7 表2-3旋轉塗佈法(SOD)與化學氣相沉激發(CVD)的比較----------------------20 表2-4環烯烴聚合物之基礎物性-----------------------------------------------------25 表2-5環烯烴聚合物材料的特性與應用--------------------------------------------25 表3-1各種分析的試片結構-----------------------------------------------------------26 表3-2電漿處理的參數-----------------------------------------------------------------30 表3-3製程參數--------------------------------------------------------------------------30 表4-1常見化學鍵結的電子極化率與鍵結強度-----------------------------------45 表4-2擇區繞射圖分析-----------------------------------------------------------------80zh_TW
dc.language.isoen_USzh_TW
dc.publisher材料工程學研究所zh_TW
dc.subjectplasma treatmenten_US
dc.subject電漿處理zh_TW
dc.subjectcyclic olefin copolymersen_US
dc.subjectlow k materialen_US
dc.subjectspin coatingen_US
dc.subject環烯烴聚合物zh_TW
dc.subject低介電材料zh_TW
dc.subject旋轉塗佈zh_TW
dc.titleInfluence of Plasma Treatment on Cyclic Olefin Copolymers Propertiesen_US
dc.title電漿處理對環烯烴聚合物性質的影響zh_TW
dc.typeThesis and Dissertationzh_TW
item.languageiso639-1en_US-
item.openairetypeThesis and Dissertation-
item.cerifentitytypePublications-
item.grantfulltextnone-
item.fulltextno fulltext-
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
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