薄膜沉積技術(shù)

1、第三章氧化技術(shù)   制造集成電路的高溫制程，可提供1100以下高溫，一般以爐管加熱最常用。爐管為石英（Quartz）制成，可耐高溫及壓力。高溫爐管呈水平或垂直設(shè)立，用于氧化（oxidation）、擴(kuò)散（diffusion）、回火（annealing）、退火（sintering）及低壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)等制程。   3.1二氧化硅（SiO2）之功用 阻擋層（masking） （a）擴(kuò)散阻擋層（diffusion masking） （b） 離子植入阻擋層（ion implantation masking） （c） 蝕刻阻擋層（etching masking） 防護(hù)層（passiv

2、ation） 隔離層（isolation） 閘氧化層（gate oxide、gate dielectric） 電容之介電層（dielectric of capacitor） 穿隧氧化層（tunneling oxide of EPROM） 3.2二氧化硅（SiO2）之性質(zhì)（properties） 非晶形（amorphous state） 石英為晶形之氧化硅 介電常數(shù)（dielectric constant）r：3.83.9 能隙（energy gap）Eg：8eV 應(yīng)力（stress）：24×109 dyne/cm2 有OH鍵，故為親水性 不溶于水 3.3氧化之動力學(xué)（Deal and

3、 Grooves model）   干氧化法（dry oxidation）化學(xué)反應(yīng)式： Si（s）O2（g）àSiO2（s） 濕氧化法（wet oxidation）化學(xué)反應(yīng)式：            2H2（g）O2（g）àH2O（g） Si（s）2H2O（g）àSiO2（s）2H2（g）  由實(shí)驗(yàn)得知氧化層厚度與溫度、時間、氣體流量等有關(guān)，一般而言，厚度（時間）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：時間     當(dāng)氧化反應(yīng)進(jìn)行的初期（t）<<  ，因SiO2厚度較薄， <<X0，則適合Linear growth law：X0（B/A）（t）。當(dāng)SiO2厚度增加到某一程度后，因 >>X0且t >>，則適合Parabo

6、lic growth law： Bt。   圖一：氧化的理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果   圖二：B,B/A在干氧氧化的溫度相關(guān)性   圖三：Wet oxidation沉積速率   圖四：Dry oxidation沉積速率   3.4其它形成氧化膜之方法 3.4.1 Plasma oxidation 陽極處理 3.4.3 LPCVD、PECVD、Photo CVD 3.4.4 SOG（Spin On Glass） 高壓氧化法 3.4.6 PVD，如Sputtering 濕式沉積法 圖五：Silicon dioxide growth by thermal ox

7、idation   圖六：The temperature dependence of the parabolic rate constant for dry and wet oxidation.   圖七：The temperature dependence of the linear rate constant for dry and wet oxidation.   圖八：Rate constants for wet oxidation of silicon   圖九：Rate constants for dry oxidation of silic

8、on   3.5氧化層厚度之量測方法 干涉法（Optical interference） 橢圓儀（Ellipsometer） 電容法 X0 ：capacitance of oxide， ：area of gate 由色譜查出 濕式高溫氧化爐管操作步驟        8.1.1 到氣瓶室（2）開啟O2氣瓶，而H2氣瓶待RUN制程前再開啟       8.1.2 到無塵室開啟二次盤H2、O2、N2、CDA手動閥       8.1

9、.3 開啟爐管后方MFC之H2、O2、N2、CDA手動閥       8.2.1 打開爐管總電源（2個大Breaker）       8.2.2 打開加熱爐管電源（只開最上面的小breaker）       8.2.3 打開面板電源（6組Furnace共享1個breaker）       8.2.4 打開延長線電源（2個） 8.3.1      設(shè)

10、定溫度（1000） 8.3.2      設(shè)定過溫保護(hù)溫度 8.3.3      設(shè)定爐管前后SP值 8.3.4      設(shè)定MFC flow rate（N2：5 SLM） 8.3.5      在面板上按”MANUAL”開關(guān) 8.3.6      在面板上，開氣動閥V3，讓N2進(jìn)爐管 8.4空run process以purge gas line

11、 待爐溫800以上時，執(zhí)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 將溫度降至400 爐溫400時將wafer置于爐管口5 min，以10 min時間將wafer推入爐心    8.5.2 待升溫至制程溫度時，Run recipe如下（eg.1000、6

12、000A）空run process以purge gas line      a.待爐溫850以上時，執(zhí)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、  將溫度降至400后，將wafer以10 min時間從爐心拉出 8.6.1 再將過溫保護(hù)設(shè)定值改回，使?fàn)t管升溫 8.6.2 到氣瓶室（2）關(guān)閉H2氣瓶 8.6.3 開O2（V4），關(guān)N2（V3）約5 min 8.6.4 開H2（V2），約10 min后，即可將管內(nèi)殘余H2燃燒完 8.6.5 關(guān)H2（V2），約5 min后，開N2（V3），約1 min后，關(guān) O2（V4） 8.6.6 到氣瓶室（2）關(guān)閉O2氣瓶 8.6.7 更改過溫保護(hù)設(shè)定值，使?fàn)t管降溫至300時，關(guān)N2（V3） 8.6.8 依序關(guān)閉爐管及二次盤之手動閥 8.6.9 依序關(guān)閉所有電源（由小電源至大電源） 9.1.1

14、設(shè)定主控溫器temp為800 9.1.2 按”P”鍵尋找st                       9.1.3 同時按“”及”，屏幕上顯示A-T及SP XXXX.X.，在一分鐘內(nèi)可設(shè)定SP XXXX.X.值，一分鐘后將停止閃爍，變成A-T字體閃爍，表示已在做A-T（Self Tune）PID動作        &

15、#160;              9.1.4 當(dāng)A-T（Self Tune）動作完成后，A-T會自然消失，將新的PID值儲存于參數(shù)值內(nèi)                       9.2.1 至氣瓶室關(guān)閉H2及O2氣瓶    

16、                   9.2.2 至無塵室關(guān)閉H2及O2二次盤及MFC前端之手動閥                       9.2.3 關(guān)閉所有電源   Dry Oxidation

17、 Furnace        8.1.1 到氣瓶室（2）開啟O2手動閥        8.1.2 到無塵室開啟二次盤O2、N2、CDA手動閥        8.1.3 開啟爐管后方MFC之O2、N2、CDA手動閥        8.2.1 打開爐管總電源（2個大Breaker）        8.

18、2.2 打開加熱爐管電源（只開最中間的小breaker）        8.2.3 打開面板電源（6組Furnace共享1個breaker）        8.2.4 打開延長線電源（2個）                       8.3.1 設(shè)定氧化所需之溫度，D

19、ry Oxidation一般皆在溫度高于850下操作。                       8.3.2 設(shè)定過溫保護(hù)裝置之溫度。過溫保護(hù)裝置之溫度需大于氧化之溫度50。                  

20、0;    8.3.3 設(shè)定爐管前后之SP值。                       8.3.4 設(shè)定所有氣體之流量。（N2流量為5000sccm、O2流量為2500sccm）               

21、0;       8.3.5 開啟面板之手動開關(guān)按鈕。                       8.3.6 打開V3氣動閥，N2 ON。                

22、0; 8.4 Dry Oxidation                   8.4.2 待升溫至制程溫度時，Run recipe如下（eg.900、70A）待爐溫850以上時，執(zhí)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 設(shè)定主控溫器temp為800 9.1.2 按”P”鍵尋找st                       9.1.3 同時按“”及”，屏幕上顯示A-T及SP XXXX.X.，在一分鐘內(nèi)可設(shè)定SP XXXX.X.值，一分鐘后將停止閃爍，變成A-T字體閃爍，表示已在做A-T（Self Tune）PID動作     

24、0;                 9.1.4 當(dāng)A-T（Self Tune）動作完成后，A-T會自然消失，將新的PID值儲存于參數(shù)值內(nèi)                       9.2.1 至氣瓶室關(guān)閉O2氣瓶  

25、                     9.2.2 至無塵室關(guān)閉O2二次盤及MFC前端之手動閥                       9.2.3 關(guān)閉所有電源       Ellipsometer 1.電源開啟 1.1開啟PC電源 1.2開control module電源 1.3開light與Ignition 2.校準(zhǔn) 2.1放校準(zhǔn)片(oxide，250Å)于chuck上，開啟pump，將芯