薄膜成长技术幻灯片.ppt

1. 磊晶成長之物理機制 當在氣體流動穩定狀態下，F1和F0是相 等， F為通量(Flux) ，定義為單位面積下參與反應之原子數目，hg則為氣相質量傳送係數(Gas-phase Mass-transfer Coefficient)， ks是化學表面反應速率常數(Chemical Surface-reaction Rate Constant) Ea是主動活化能(Activation Energy)，大約1.9eV。當hgks為 Surface Reaction Control主導成長之機制 ，反之hgks則為Mass Transfer Control來 主導磊晶層之成長 。 成長速率為 ，N1是單位體積 下之矽原子數量（經驗值約為~5×1022cm–3） Cg=YCT，CT是單位體積之總氣體量，Y是矽 原子之莫耳(Mole)數比 ， 當hgks時，磊晶膜之成長速率為 ，反之hgks時成長速率為 。 2. 磊晶成長之問題 　　 磊晶層在成長時如遇到原晶片基座表面不均勻之所謂選擇性磊晶層(Selective Epitaxy Growth, SEG)。 　　 另外一個製程之問題即“Auto-doping”之現象，磊晶層與單晶基座之介面處之載子濃度不是陡峭(Abruptly)分佈 ，中最大之紅 外線長長度為 ，最小之紅外線波長長度則為 ，t為磊晶層之厚度，n是磊晶層折射線係，m為1,2,3…， θ是紅外線之入射角度，n是磊晶層折射係數，m為1,2,3…，θ是紅外線之入射角度。 ，υ是磊晶矽之成長速度，D是載子之擴展常數，t為成長時間 。 有關抑制Autodoping現象的方法有下列方式 (a)在矽晶片背面成長一層二氣化矽(SiO2)或氮化矽(Si3N4)材料 (b)低壓磊晶成長 (c)高溫烘烤 還有一個製程上之問題，那就是反應氣體在爐管之停滯層(Stagnant Layer)。 υ是氣體之流速 ，η是黏度(Viscosity) ，?是其密 度 ，其中c1和c2為經驗常數。 3. 磊晶成長之缺陷 其他磊晶成長技術 其實磊晶成長方法除了上面所談之APCVD方式，還有很多種，如有機金屬氣相磊晶法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy, MBE)、液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy, LPE)…在磊晶成長過程中，影響品質因素有很多種，可分為外部的(Extrinsic)與本質(Intrinsic)，前者是界面乾淨度和磊晶層之純度，後者則包括晶格差異和界面化學鍵之能量(Interface Chemical Energy)等。 磊晶晶片之市場與應用 4-4 單晶矽與複晶矽電阻特性之 比較 4-5 物理氣相沈積法 以目前半導體製程中，最常用的是蒸鍍機(Evaporation)與濺鍍機(Sputtering)二種 Evaporation：沉積熔點比較低的金屬,如金線,白金,鉻線 Sputtering ：熔點比較高或者複合材料,如鎢,鈦,TiN,TiW, 及YBCuO 蒸鍍系統與原理 濺鍍系統與原理 濺鍍系統分類 直流濺鍍技術(DC Sputtering) 導電性佳之金屬靶源,TiW、AlSiCu 交流射頻濺鍍技術(RF Sputtering) 導電性較差之金屬靶源材料,如陶瓷材料、BaCO3 PVD在體積電路之對屬製程的應用 最常用之金屬材料，可以說是鋁，其優點為低電阻率，便宜與二氧化矽之結合性(Coherence)良好，低應力(Low Stress) 1.鋁Spiking現象 2.鋁之電子遷移現象(Electromigration) 3.鋁金屬線改善之道 1.用AlSiCu合金材料此種方法吾人稱為“Passivate the Grain Boundary” 。 2.則是在鋁合金屬和矽材料之間加一層厚度很薄之障礙金屬層(Barrier Metal)。 3.銅製程技術 薄膜成長技術 薄膜成長或者稱薄膜沈積(Thin Film Deposition)技術，是指在一基板上(Substrate)成長一層同質(Homogeneous St