微电子洁净室概论

微機電概論C-KLiang潔淨室(CleanRoom)微機電概論C-KLiang潔淨室等級微機電概論C-KLiang潔淨室控制參數微機電概論C-KLiang典型配置圖微機電概論C-KLiang氧化層薄膜•氧化物薄膜性質•氧化層薄膜之應用–元件保護與隔離–表面保護–閘極氧化物介電質–摻質阻障層–金屬層間之介電質微機電概論C-KLiang氧化層目的:此氧化層含有雜質，一般是不佳的。有時用於記憶儲存或薄膜保護。註解:室溫下每小時成長速率約15Å，最大厚度約為40Å。p+矽基板SiO2(氧化層)微機電概論C-KLiang濕式氧化HClN2O2H2氣體盤爐管熱匣潔淨器抽出微機電概論C-KLiang氧化中矽的消耗tt0.55t0.55t0.45t0.45t氧化前氧化後微機電概論C-KLiang熱氧化製程流程圖濕式清洗y化學物質y%溶液y溫度y時間氧化爐y流量速率y排出y溫度y溫度分布y時間檢視y薄膜厚度y均勻性y微粒y缺陷微機電概論C-KLiangDeposition製造流程圖測試/分類植入擴散蝕刻研磨黃光已完成晶圓薄膜沈積之位置未圖案化之晶圓啟始晶圓薄膜晶圓製造(前段)(UsedwithpermissionofAdvancedMicroDevices)微機電概論C-KLiang薄膜沈積薄膜特性™好的階梯覆蓋能力™具有充填高深寬比間隙之能力™好的厚度均勻性™高的純度及密度™理想配比可控制™具有低應力的高薄膜品質™電性佳™基板材料和薄膜附著性優越微機電概論C-KLiang固態薄膜矽基板氧化層寬度長度厚度和基板比較薄膜是非常薄的圖11.4微機電概論C-KLiang薄膜於步階上覆蓋均勻階梯覆蓋非均勻階梯覆蓋厚度均勻圖11.5微機電概論C-KLiang薄膜沈積之深寬比500ÅD250ÅW=21圖11.6深寬比=500Å250Å深寬比=深度寬度微機電概論C-KLiang薄膜成長階段連續薄膜氣體分子成核晶粒聚結基板圖11.7微機電概論C-KLiang化學性製程物理性製程化學氣相沈積(CVD)電鍍物理氣相沈積(PVD或濺鍍)蒸鍍旋塗方式常壓CVD(APCVD)或次常壓CVD(SACVD)電化學沈積(ECD)一般稱之為電鍍直流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)分子束磊晶(MBE)旋塗式介電質(SOD)電漿有關的CVD：y電漿CVD(PECVD)y高密度電漿CVD(HDPVCD)直流磁控氣相沈積(VPE)及有機金屬CVD(MOCVD)離子化金屬電漿(IMP)表11.1薄膜沈積技術微機電概論C-KLiang化學氣相沈積CVD的重要觀念1.包含化學作用，經由化學作用或熱分解(稱之為裂解(pyrolysis))。2.薄膜的材料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)。微機電概論C-KLiang化學氣相沈積機台(PhotocourtesyofNovellusSystems,Inc.)微機電概論C-KLiangCVD化學製程CVD的5個基本化學反應‰熱裂解：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：化合物分解，以輻射能的方式破壞鍵結。‰還原：由分子與氫作用產生化學反應。‰氧化：原子或分子與氧進行化學反應。‰氧化還原：結合反應3及4，產生兩種新的化合物。微機電概論C-KLiangCVD之氣體流氣體流沈積之薄膜矽基板反應產物反應物擴散微機電概論C-KLiangCVD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、沈積快速且低溫。階梯覆蓋不佳、微粒污染及底產能。低溫氧化層(摻雜及未摻雜)。LPCVD(低壓CVD)優異的純度及均勻性、階梯覆蓋佳及大的晶圓產能。高溫、低沈積速率、須更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CVDy電漿增加CVD(PECVD)y高密度電漿CVD(HDPCVD)低溫、沈積快速、階梯覆蓋佳及好的填溝。需RF系統、成本高、應力很高為張力及含化學物(如H2)及微粒污染。高深寬比填溝，金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)。微機電概論C-KLiang在CVD中使用電漿的優點1.低的製程溫度(250至450℃)。2.對於高深寬比間隙有很好的填溝(使用高密度電漿)。3.對晶圓有好的薄膜附著。4.高的沈積速率。5.由於針孔及孔洞小，有高的薄膜密度。6.由於製程溫度低，應用範圍廣。微機電概論C-KLiang旋塗式介電質旋塗式玻璃(SOG)旋塗式介電質(SOD)磊晶–磊晶成長方法•氣相磊晶(VPE)•有機金屬CVD(MOCVD)•分子束磊晶(MBE)微機電概論C-KLiang以旋塗式玻璃(SOG)填溝2)處理後之SOG1)初始SOG填溝3)CVD氧化層蓋層蓋層微機電概論C-KLiang主要操作製程步驟參數轉速50rpm最大轉速800−1500rpm背側清洗800rpm,5sec上側邊緣珠滴去除1000rpm,10sec旋轉塗佈旋乾1000rpm,5sec初始軟烤處理200℃,60sec,N2清洗處理內部處理475℃,60sec,N2氣體下HSQ低k介電質製程參數微機電概論C-KLiang磊晶磊晶成長模式磊晶成長方法–氣相磊晶(VPE)–有機金屬CVD(MOCVD)–分子束磊晶(MBE)微機電概論C-KLiang矽晶圓上之矽磊晶成長SiSiClClHHSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiClHClH化學反應副產物沈積之矽磊晶層單一矽基板微機電概論C-KLiang氣相磊晶圖摻質(AsH3或B2H3)H2SiH2Cl2RF感應加熱線圈承座晶圓真空幫浦圖11.29