薄膜沉积技术

1、第三章氧化技术   制造集成电路的高温制程，可提供1100以下高温，一般以炉管加热最常用。炉管为石英（Quartz）制成，可耐高温及压力。高温炉管呈水平或垂直设立，用于氧化（oxidation）、扩散（diffusion）、回火（annealing）、退火（sintering）及低压化学气相沉积系统等制程。   3.1二氧化硅（SiO2）之功用 阻挡层（masking） （a）扩散阻挡层（diffusion masking） （b） 离子植入阻挡层（ion implantation masking） （c） 蚀刻阻挡层（etching masking） 防护层（passiv

2、ation） 隔离层（isolation） 闸氧化层（gate oxide、gate dielectric） 电容之介电层（dielectric of capacitor） 穿隧氧化层（tunneling oxide of EPROM） 3.2二氧化硅（SiO2）之性质（properties） 非晶形（amorphous state） 石英为晶形之氧化硅 介电常数（dielectric constant）r：3.83.9 能隙（energy gap）Eg：8eV 应力（stress）：24×109 dyne/cm2 有OH键，故为亲水性 不溶于水 3.3氧化之动力学（Deal and

3、 Grooves model）   干氧化法（dry oxidation）化学反应式： Si（s）O2（g）àSiO2（s） 湿氧化法（wet oxidation）化学反应式：            2H2（g）O2（g）àH2O（g） Si（s）2H2O（g）àSiO2（s）2H2（g）  由实验得知氧化层厚度与温度、时间、气体流量等有关，一般而言，厚度（时间）1/2 Linear-Parabolic model之原始式： AX0B（t） &#

4、160;              X0：oxide thickness                A：2D（ ）                B： ，N12.2×1022（

5、SiO2密度）         ：                 t：时间     当氧化反应进行的初期（t）<<  ，因SiO2厚度较薄， <<X0，则适合Linear growth law：X0（B/A）（t）。当SiO2厚度增加到某一程度后，因 >>X0且t >>，则适合Parabo

6、lic growth law： Bt。   图一：氧化的理论值与实验结果   图二：B,B/A在干氧氧化的温度相关性   图三：Wet oxidation沉积速率   图四：Dry oxidation沉积速率   3.4其它形成氧化膜之方法 3.4.1 Plasma oxidation 阳极处理 3.4.3 LPCVD、PECVD、Photo CVD 3.4.4 SOG（Spin On Glass） 高压氧化法 3.4.6 PVD，如Sputtering 湿式沉积法 图五：Silicon dioxide growth by thermal ox

7、idation   图六：The temperature dependence of the parabolic rate constant for dry and wet oxidation.   图七：The temperature dependence of the linear rate constant for dry and wet oxidation.   图八：Rate constants for wet oxidation of silicon   图九：Rate constants for dry oxidation of silic

8、on   3.5氧化层厚度之量测方法 干涉法（Optical interference） 椭圆仪（Ellipsometer） 电容法 X0 ：capacitance of oxide， ：area of gate 由色谱查出 湿式高温氧化炉管操作步骤        8.1.1 到气瓶室（2）开启O2气瓶，而H2气瓶待RUN制程前再开启       8.1.2 到无尘室开启二次盘H2、O2、N2、CDA手动阀       8.1

9、.3 开启炉管后方MFC之H2、O2、N2、CDA手动阀       8.2.1 打开炉管总电源（2个大Breaker）       8.2.2 打开加热炉管电源（只开最上面的小breaker）       8.2.3 打开面板电源（6组Furnace共享1个breaker）       8.2.4 打开延长线电源（2个） 8.3.1      设

10、定温度（1000） 8.3.2      设定过温保护温度 8.3.3      设定炉管前后SP值 8.3.4      设定MFC flow rate（N2：5 SLM） 8.3.5      在面板上按”MANUAL”开关 8.3.6      在面板上，开气动阀V3，让N2进炉管 8.4空run process以purge gas line

11、 待炉温800以上时，执行以下recipe Step Time（min） H2（V2） O2（V4） N2（V3） Note 1 1 OFF 2.5 5   2 5 OFF 2.5 OFF   3 3 4 2.5 OFF 空run 4 5 OFF 2.5 OFF   5 1 OFF 2.5 5   6   OFF OFF 5 cooling 将温度降至400 炉温400时将wafer置于炉管口5 min，以10 min时间将wafer推入炉心    8.5.2 待升温至制程温度时，Run recipe如下（eg.1000、6

12、000A）空run process以purge gas line      a.待炉温850以上时，执行以下recipe Step Time（min） H2（V2） O2（V4） N2（V3） Note 1 1 OFF 2.5 5   2 5 OFF 2.5 OFF   3 120 4 2.5 OFF process 4 5 OFF 2.5 OFF   5 1 OFF 2.5 5   6   OFF OFF 5 Cooling & purge      b.

13、  将温度降至400后，将wafer以10 min时间从炉心拉出 8.6.1 再将过温保护设定值改回，使炉管升温 8.6.2 到气瓶室（2）关闭H2气瓶 8.6.3 开O2（V4），关N2（V3）约5 min 8.6.4 开H2（V2），约10 min后，即可将管内残余H2燃烧完 8.6.5 关H2（V2），约5 min后，开N2（V3），约1 min后，关 O2（V4） 8.6.6 到气瓶室（2）关闭O2气瓶 8.6.7 更改过温保护设定值，使炉管降温至300时，关N2（V3） 8.6.8 依序关闭炉管及二次盘之手动阀 8.6.9 依序关闭所有电源（由小电源至大电源） 9.1.1

14、设定主控温器temp为800 9.1.2 按”P”键寻找st                       9.1.3 同时按“”及”，屏幕上显示A-T及SP XXXX.X.，在一分钟内可设定SP XXXX.X.值，一分钟后将停止闪烁，变成A-T字体闪烁，表示已在做A-T（Self Tune）PID动作        &

15、#160;              9.1.4 当A-T（Self Tune）动作完成后，A-T会自然消失，将新的PID值储存于参数值内                       9.2.1 至气瓶室关闭H2及O2气瓶    

16、                   9.2.2 至无尘室关闭H2及O2二次盘及MFC前端之手动阀                       9.2.3 关闭所有电源   Dry Oxidation

17、 Furnace        8.1.1 到气瓶室（2）开启O2手动阀        8.1.2 到无尘室开启二次盘O2、N2、CDA手动阀        8.1.3 开启炉管后方MFC之O2、N2、CDA手动阀        8.2.1 打开炉管总电源（2个大Breaker）        8.

18、2.2 打开加热炉管电源（只开最中间的小breaker）        8.2.3 打开面板电源（6组Furnace共享1个breaker）        8.2.4 打开延长线电源（2个）                       8.3.1 设定氧化所需之温度，D

19、ry Oxidation一般皆在温度高于850下操作。                       8.3.2 设定过温保护装置之温度。过温保护装置之温度需大于氧化之温度50。                  

20、0;    8.3.3 设定炉管前后之SP值。                       8.3.4 设定所有气体之流量。（N2流量为5000sccm、O2流量为2500sccm）               

21、0;       8.3.5 开启面板之手动开关按钮。                       8.3.6 打开V3气动阀，N2 ON。                

22、0; 8.4 Dry Oxidation                   8.4.2 待升温至制程温度时，Run recipe如下（eg.900、70A）待炉温850以上时，执行以下recipe。Step Time（min） O2（V4） N2（V3） Note 1 1 2.5 5   3 13 2.5 OFF process 5 1 2.5 5   6   OFF 5 Cooling &am

23、p; purge 9.1.1 设定主控温器temp为800 9.1.2 按”P”键寻找st                       9.1.3 同时按“”及”，屏幕上显示A-T及SP XXXX.X.，在一分钟内可设定SP XXXX.X.值，一分钟后将停止闪烁，变成A-T字体闪烁，表示已在做A-T（Self Tune）PID动作     

24、0;                 9.1.4 当A-T（Self Tune）动作完成后，A-T会自然消失，将新的PID值储存于参数值内                       9.2.1 至气瓶室关闭O2气瓶  

25、                     9.2.2 至无尘室关闭O2二次盘及MFC前端之手动阀                       9.2.3 关闭所有电源       Ellipsometer 1.电源开启 1.1开启PC电源 1.2开control module电源 1.3开light与Ignition 2.校准 2.1放校准片(oxide，250Å)于chuck上，开启pump，将芯