微电子洁净室概论.pdf

微機電概微機電概C-K Liang 潔淨室(Clean Room) 微機電概微機電概C-K Liang 潔淨室等級 微機電概微機電概C-K Liang 潔淨室控制 微機電概微機電概C-K Liang 典型配置圖 微機電概微機電概C-K Liang 氧化層薄膜氧化層薄膜 氧化物薄膜性質 氧化層薄膜之應用 元件保護與隔 表面保護 閘極氧化物介電質 摻質阻障層 屬層間之介電質 微機電概微機電概C-K Liang 氧化層氧化層 目的目的 :此氧化層含有雜質，一般是佳的。有時 用於記憶儲存或薄膜保護。 註解註解 : 室溫下每小時成長速約15，最大厚 約為40。 p+矽基板 SiO2 (氧化層) 微機電概微機電概C-K Liang 濕式氧化濕式氧化 HClN2O2H2 氣體盤 管 熱匣 潔淨器 抽出 微機電概微機電概C-K Liang 氧化中矽的消耗氧化中矽的消耗 t t 0.55t0.55t 0.45t0.45t 氧化前氧化後 微機電概微機電概C-K Liang 熱氧化製程程圖熱氧化製程程圖 濕式清洗 ? 化學物質 ? %溶液 ? 溫 ? 時間 氧化 ? 速 ? 排出 ? 溫 ? 溫分布 ? 時間 檢視 ? 薄膜厚 ? 均勻性 ? 微 ? 缺陷 微機電概微機電概C-K Liang Deposition製造程圖Deposition製造程圖 測試測試/分分 植入植入 擴散擴散蝕刻蝕刻 研磨研磨 黃光黃光已完成晶圓 薄膜積之位置 未圖案化之晶圓 啟始晶圓 薄膜薄膜 晶圓製造 (前段) (Used with permission of Advanced Micro Devices) 微機電概微機電概C-K Liang 薄膜積薄膜積 薄膜特性 ?好的階梯覆蓋能 ?具有充填高深寬比間隙之能 ?好的厚均勻性 ?高的純及密 ?想配比可控制 ?具有低應的高薄膜品質 ?電性佳 ?基板材和薄膜附著性優越 微機電概微機電概C-K Liang 固態薄膜固態薄膜 矽基板 氧化層 寬 長 厚 和基板比較薄膜是非常薄的 圖 11.4 微機電概微機電概C-K Liang 薄膜於步階上覆蓋薄膜於步階上覆蓋 均勻階梯覆蓋 非均勻階梯覆蓋 厚均勻 圖 11.5 微機電概微機電概C-K Liang 薄膜積之深寬比薄膜積之深寬比 500 D 250 W = 2 1 圖 11.6 深寬比= 500 250 深寬比 = 深 寬 微機電概微機電概C-K Liang 薄膜成長階段薄膜成長階段 續薄膜 氣體分子 成核晶聚結 基板 圖 11.7 微機電概微機電概C-K Liang 化學性製程 物性製程 化學氣相積 化學氣相積 (CVD) 電鍍 電鍍 物氣相積物氣相積 ( (PVD或濺鍍)或濺鍍) 蒸鍍 蒸鍍 旋塗方式 旋塗方式 常壓 CVD (APCVD) 或次常壓 CVD(SACVD) 電化學積(ECD) 一般稱之為電鍍 直二極體 燈絲及電子 束 旋塗式玻 璃 (SOG) 低壓 CVD (LPCVD) 無電極電鍍 射頻(RF) 分子束晶 (MBE) 旋塗式介 電質 (SOD) 電漿有關的 CVD： ?電漿 CVD(PECVD) ?高密電漿 CVD (HDPVCD) 直磁控 氣相積(VPE)及有 機屬 CVD(MOCVD) 子化屬 電漿(IMP) 表 11.1 薄膜積技術薄膜積技術 微機電概微機電概C-K Liang 化學氣相積化學氣相積 CVD的重要觀 1.包含化學作用，經由化學作用或熱分解 (稱之為解(pyrolysis)。 2.薄膜的材源由外加氣體所供給。 3.CVD製程的反應物必須為氣相的形式 (如氣體)。 微機電概微機電概C-K Liang 化學氣相積機台化學氣相積機台 (Photo courtesy of Novellus Systems, Inc.) 微機電概微機電概C-K Liang CVD化學製程化學製程 CVD的5個基本化學反應 ?熱解：熱解：化合物分解 (破壞鍵結或分解)，以熱的 方式通常無氧氣。 ?光分解：光分解：化合物分解，以射能的方式破壞鍵結。 ?還原：還原：由分子與氫作用產生化學反應。 ?氧化：氧化：原子或分子與氧進化學反應。 ?氧化還原：氧化還原：結合反應3及4，產生種新的化合物。 微機電概微機電概C-K Liang CVD之氣體之氣體 氣體 積之薄膜 矽基板 反應產物 反應物擴散 微機電概微機電概C-K Liang CVD反應器形式及其主要特性反應器形式及其主要特性 製程 優點 缺點 應用 APCVD (常壓CVD) 反應器簡單、 積快速且低溫。 階梯覆蓋佳、微 污染及底產能。 低溫氧化層 (摻雜及 未摻雜)。 LPCVD (低壓CVD) 優的純及均 勻性、階梯覆蓋 佳及大的晶圓產 能。 高溫、低積速 、須強的維護 及需真空系統。 高溫氧化矽 (摻雜及 未摻雜)、氮化矽、 多晶矽以及WSi2。 電漿CVD ?電漿增加CVD (PECVD) ?高密電漿CVD (HDPCVD) 低溫、積快 速、階梯覆蓋佳 及好的填溝。 需RF系統、成本 高、應很高為張 及含化學物 (如 H2) 及微污染。 高深寬比填溝，屬 上方之低溫氧化物、 ILD-1、ILD、雙鑲嵌 之銅晶種層及保護層 (氮化物)。 微機電概微機電概C-K Liang 在在CVD中使用電漿的優點中使用電漿的優點 1.低的製程溫(250至450)。 2.對於高深寬比間隙有很好的填溝(使用 高密電漿)。 3.對晶圓有好的薄膜附著。 4.高的積速。 5.由於針孔及孔小，有高的薄膜密。 6.由於製程溫低，應用範圍廣。 微機電概微機電概C-K Liang 旋塗式介電質旋塗式介電質 旋塗式玻璃 (SOG) 旋塗式介電質 (SOD) 晶 晶成長方法 氣相晶(VPE) 有機屬CVD(MOCVD) 分子束晶(MBE) 微機電概微機電概C-K Liang 以旋塗式玻璃 (SOG) 填溝以旋塗式玻璃 (SOG) 填溝 2)處後之SOG1)初始SOG填溝3)CVD氧化層蓋層 蓋層 微機電概微機電概C-K Liang 主要操作 製程步驟 轉速 50 rpm 最大轉速 8001500 rpm 背側清洗 800 rpm, 5 sec 上側邊緣珠滴去除 1000 rpm, 10 sec 旋轉塗佈 旋乾 1000 rpm, 5 sec 初始軟烤處 200, 60sec, N2清洗 處 內部處 475, 60 sec, N2氣體下 HSQ低HSQ低k k介電質製程介電質製程 微機電概微機電概C-K Liang 晶晶 晶成長模式 晶成長方法 氣相晶(VPE) 有機屬CVD(MOCVD) 分子束晶(MBE) 微機電概微機電概C-K Liang 矽晶圓上之矽晶成長矽晶圓上之矽晶成長 Si Si Cl Cl H