SlideShare a Scribd company logo
薄膜沉積– PVD 姜庭隆  中 華 民 國  90  年  11  月  28  日
摘要 晶片製造主要階段 前段製程 (front end of the line, FEOL) 在晶圓表面 / 中間製造出主動 / 被動元件 後段製程 (back end of the line, BEOL) 將連接元件間 / 不同層間所需的金屬  ( 線路 )  加入晶片 金屬化 (metallization) 將零件接線 wiring ( 金屬膜 )  用到的材料、方法、製程    真空蒸鍍機    濺鍍機    真空幫浦  (vacuum pumps) 油擴散幫浦、渦輪式幫浦、低溫高真空幫浦
單層金屬導體技術 ,[object Object],2.   圖案成形: 將接點微影出   3.   加層: 加上導電層   4.   圖案成形: 將金屬導線微影出   圖 1   金屬化的程序   金屬線必須  攜帶電流的能力良好  和晶圓表面的黏結性良好 ( 通常表面為二氧化矽 )  和晶圓材料的接觸電性良好  純度高  耐腐蝕  長時間穩定  能夠沈積為不含孔隙或表面平坦的膜  晶粒結構均勻
多層金屬導體技術      金屬堆疊層由加入 阻障層 (barrier layer) 開始 - 矽表面形成矽化物以在矽表面和另一層間產生低電阻 - 如果導電材料是鋁,阻障層可避免鋁和矽接觸而形成 合金化    加入 金屬間介電層 (intermetallic dielectric layer, IDL 或 IMD)   提供金屬層間的絕緣 材料:沈積的氧化物、氮化矽、聚亞醯胺    金屬間介電層被蝕刻出 接點孔 ( 導孔 vias 梢孔、栓塞孔 plugs )     藉沈積法將金屬填入導孔,產生 導電栓塞    用沈積加入第一層金屬層 圖 3  兩種金屬堆疊
導電材料 1.  鋁 鋁的缺點 導電性不如銅,金 金的缺點 - 和矽的接觸阻抗值高 - 用鉑 (platinum) 做中間層,鉬 (molybdenum) 做頂層克服金的軟 銅的缺點 - 和矽的接觸阻抗值高 - 若銅摻入元件內會破壞元件效能 鋁的優點 - 阻抗係數很低  (2.7 微歐母‧公分 ) - 傳送電流的密度佳 - 和二氧化矽的黏合性極佳 - 高純度的鋁取得不難 - 可使用傳統的光阻製程成形
2.  鋁和矽形成的合金 為使接觸電性穩定,須對鋁和矽界面烘烤 共熔成形溫度 (eutectic formation point) - 兩種材料在接觸下被加熱, 熔化溫度低於個別熔化溫度 - 鋁矽共熔成形溫度 450  C  烘烤的問題 - 熔化的合金可能沈入晶圓 - 若晶圓表面有淺層接合界面 則合金區延伸過接合界面,造成短路  解決方法 - 使用 金屬阻隔層 ,將鋁和矽隔開 - 使用 含有 1 至 2% 的矽 之鋁合金 圖 4  鋁和矽在接點處的 共熔合金現象
3.  鋁和銅形成合金 鋁的 電遷移 (electromigration) 問題 高電流通過鋁導線時 - 電流在導線中建立電場, - 電流產生熱會沿導線成溫度梯度 (gradient)  , 導線中的 鋁沿此兩種梯度方向移動 ,嚴重時使導線斷裂 解決電遷移的問題 沈積含有 0.5~4%  銅 或含 0.1~0.5%  鈦 的鋁合金 解決合金問題及電遷移的問題 沈積含有 銅和矽 的鋁合金   沈積鋁合金的缺點    沈積設備和製程的複雜度升高    蝕刻速率不同    鋁合金的膜阻抗值比純鋁高 25% 至 30%
  4. 銅  IBM/ Motorola 公司 1998 年提供銅製程技術 鋁的缺點 - 阻抗高,訊號延遲 (RC 常數高 )  - 不易沈積入高外形比的導孔或栓塞孔中 減少鋁阻抗的方法 - 阻障金屬技術、堆疊 - 難熔金屬 (refractory metals)  銅製程的優點 - 阻抗比鋁小 - 不產生電遷移現象 ,和低 K 材料 ( 矽化鈷 ) 配合, RC 常數減低 400% -CVD 法、 PECVD 法、濺鍍、無電膜鍍、電鍍法 ( 低溫下 ) 沈積 - 銅製程的缺點 - 技術太新缺乏學習曲線 ( 經驗 ) - 蝕刻的問題 - 易被刮傷、腐蝕 - 為防銅滲入矽中需要阻隔金屬  
雙嵌刻製程 (dual damascene process) 嵌刻 damascene 在介電層中形成溝槽,沈積入金屬,常沈積過多溢出 再用 CMP 法使表面平坦 圖 5 雙嵌刻 使用 銅 作為 導線 / 栓塞金屬 ( 傳統製程用鎢 ) ( 步驟 3 至步驟 6) 形成栓塞孔和溝槽 ( 步驟 7)  在栓塞孔溝槽內 - 沈積 / 濺鍍 阻障金屬 ( 鉭 tantalum 及氮化鉭 )  - 沈積 / 濺鍍一層薄的 銅種子 (seed) 層 作為電鍍銅時所需要的起始層 ( 步驟 8)  將金屬沈積入栓塞孔和溝槽內 ( 步驟 9)  用  CMP  加工使表面平坦
圖 5   雙崁刻和銅製程
阻障金屬 (barrier metals) 鋁製程 :  防止矽和鋁形成共熔合金 材料 鈦化鎢  (TiW)  、 氮化鈦  (TiN) 濺鍍 / 沈積法 - 先形成一層矽化鉑 - 將鈦化鎢沈積入接觸點的開孔處 熱氮化法 (600  C) 於氮氣或氨  (NH 3 )  氣的環境下將鈦氮化 銅 製程 :  防止 銅滲入矽中破壞元件 材料 氮化鈦、鉭、氮化鉭
難熔金屬 (refractory metals) 和難熔金屬矽化物 (silicides) 優點 阻抗係數、接觸阻抗較低 目的 在 MOS ,作為填滿栓塞孔 (plug filling)  、阻障、或導電層 材料 - 鈦  (Ti) 、鎢  (W) 、鉭  (Ta)  及鉬  (Mo)  - 鎢常用作鋁和矽間的阻障材料、 MOS 的閘極中間層、栓塞 - 和矽形成合金時生成矽化物 (WSi 2  , TiSi 2  , TaSi 2  , MoSi 2 ) 製程法 低壓化學氣相沈積 (LPCVD) 和濺鍍 * 銅製程的優點 銅可用作栓塞材料,系統中僅使用一種金屬,可免去中間層的金屬阻抗
有摻雜的多晶矽 目的 MOS 的矽閘用沈積多晶矽為電極平板 材料 - 摻雜以增加導電性,作導體使用 - 常用磷為摻雜物(在矽中的固態溶解度高) 優點 - 和矽晶圓間有良好的歐姆接觸 - 可被氧化形成絕緣層
金屬膜的用途 1. MOS 閘極 (gate) 和電容的電極 (electrodes) 2.  熔絲 - 使可程式唯讀記憶體 (PROM) 被創造 - 並非保護元件,而是造成斷路 構造主要有二類 - 由位於兩金屬導線之間的 鎳鉻合金、鈦鎢合金、或多晶矽 被通過的電流脈衝燒斷的“頸部” - 在接觸孔內的 薄層多晶矽或氧化物 , 當高電流通過此層時產生熱量將此層燒 斷 3.  晶圓背面電鍍 蒸鍍法將黃金 ( 封裝中作焊料 solder) 鍍在晶背 圖 8  使用熔絲的記憶組列   圖 9   薄膜熔絲
沈積的方法 真空蒸鍍法 (Vacuum Evaporation) 1970 年代以前主要的金屬沈積法 將金屬沈積在個別元件 / 低整合度的電路晶片上 蒸發原料的系統   電熱絲 (filaments)   電子射束 (electron beam)   快閃式熱平板 (flash hot plate)   圖 10  真空蒸鍍
電熱絲 - 簡單,不重要的工作 - 溫度沿熱絲變化,不易控制 - 原料和熱絲內的雜質被蒸發 - 不能沈積合金 ( 因不同元素蒸發速率不同 ) 電子束槍 (E-beam gun) 簡稱 E-gun - 水冷銅坩鍋 - 坩鍋下方有高溫電熱絲,釋放電子 - 磁場使電子旋轉撞擊鋁材,鋁熔化蒸發 - 適用於元素原料 ( 鋁或金 ) ,合金不適用 熱平板,或快閃式系統 - 解決電子槍蒸鍍合金的困難 - 極細合金線接觸熱平板,瞬間熔成蒸氣 - 鍍膜成分和合金線材成分極為相近  圖 11  用電子鎗將蒸鍍原料熔化   圖 12  快閃式蒸鍍原料
真空蒸鍍機的挑戰 均勻性、良好的階梯覆蓋性   解決法 - 使用旋轉行星式晶圓夾承圓頂 - 石英加熱器使原子到晶圓表面 時仍維持運動力,藉毛細作用填入階梯 階梯處部分未被鍍到 在階梯處太薄 優良 圖 13  階梯的覆蓋性   圖 14  將晶圓以行星位置排列 並旋輚的夾承座
濺鍍沈積法 (sputter deposition  濺鍍 sputtering) - 1852 年威廉‧羅勃‧葛洛夫  (William Robert Grove)  爵士設計 - 廣泛用在人工珠寶鍍色,光學透鏡或玻璃上的鍍膜 - 可將任何材料沈積在任何基材上 - 物理氣相沈積   (physical vapor deposition, PVD) 濺鍍原理   - 靶 (target 原料 ) 被接地 ( 負電  ) - 氬原子被離子化 ( 正電 ) - 氬離子被靶板吸引,撞擊靶板 - 氬離子將靶板原子敲出 ( 濺的動作 sputtering) - 濺出的靶原子,一部分到達晶圓上 圖 15  濺鍍原理
主要特色 靶材沈積在晶圓上時,不會造成任何化學變化或成分改變 直接利益 - 沈積合金和介電材料 - 善階梯的覆蓋性 - 膜和晶圓表面間的黏著性比蒸鍍法好 濺鍍方法  二極式電偶 diode ( 直流 )   二極式電偶 diode ( 射頻 RF 高週波 )   三極式電偶 triode  磁電式 magnetron
二極式濺鍍   (diode sputtering) - 靶材接負電位,晶圓夾承座陽極 - 負電的靶材放出電子,向陽極加速前進 - 電子和氬原子相撞將氬離子化 - 氬離子向靶材加速前進 直流電式電偶濺鍍 用於沈積金屬 靶材和高週波 ( 射頻 RF) 產生器負極相連 可濺鍍非導體材料 ( 介電體 )/ 導體   量產機裝填 - 閉鎖   (load-lock) 裝置 部分抽真空 ( 真空度不高 ) 的前端腔室 (antechamber) , 可將沈積用腔室維持在真空狀態 優點 產能較高 圖 16   典型的濺鍍設備
磁電 (magnetron) 式濺鍍系統 解決電偶式濺鍍的問題 電子逃脫至腔室中,不參與建立沈積所需要的電漿場 原理 - 靶板背後及周圍加上磁場補捉  ( 限制 ) 電子在靶板的前方 - 靶材溫度低 , 常用於濺鍍鋁和鋁合金 圖 17  磁電式濺鍍
使用 CVD 進行金屬化 常用來沈積鎢 LPCVD 優點 - 不需價格昂貴 / 需經常維護的超高度真空幫浦 - 階梯覆蓋性佳 - 產能高 - 進行溫度約 300  C( 低溫使製程和鋁的金屬化相容 )   六氟化鎢氣流和矽進行還原反應,進行沈積 2WF 6 +3Si  2W+3SiF 4 六氟化鎢和氫行還原反應,沈積出鎢 WF 6 +3H 2  W+6HF
真空幫浦( vacuum pumps ) 1.  粗抽幫浦 (roughing pumps) 壓力範圍  10 -3 托耳  ( 中度真空 ) , 初步減壓 型式  機械式真空幫浦 2.  高真空幫浦 壓力範圍   10 -9 托耳以下 ( 高度 / 超高度真空 ) 型式  油擴散幫浦、低溫幫浦、離子幫浦、渦輪分子式幫浦 材料 不會由材料內洩出氣體  (out-gas)   進入系統 - 304 不銹鋼、不含氧的高傳導銅 (OFHC) 、 kovar 、鎳、鈦、 硼矽酸玻璃、陶瓷、鎢、金 - 低蒸氣壓力的高分子彈性體  (elastomers) - 抽腐蝕、毒性或反應之氣體時,幫浦內壁須抗腐蝕
幫浦的選用考量因素  所需的真空範圍  要抽的氣體  ( 氫這類較輕的氣體較難抽 )   抽氣速度  整體的產能輸出  處理脈衝式負載 ( 週期性的由內部材料中洩漏氣體 ) 的能力  抽具腐蝕性氣體的能力  維修的需求性  停機的時間  成本
機械式幫浦 歸類 : 移置式幫浦 (displacement pumps) 迴轉含油真空幫浦 (mechanical rotary oil vacuum pumps) 取代含油式機械幫浦    油被封住式的幫浦    無油式幫浦    渦卷式幫浦 (scroll pump)    魯式幫浦 (roots pump ,也稱為魯式鼓風機 roots blowers) 圖 18   機械式旋轉油幫浦
油擴散幫浦 (oil diffusion pump) 使用方式 - 需含油式機械幫浦,將腔室內壓力抽至 10 -3 托耳 - 需相同的一台幫浦或第二台機械式幫浦在排氣端 壓力範圍 10 -8 托耳高度真空 問題 - 油分子滲回腔室 - 無法處理腔室中的水蒸氣 解決 冷式阻逆凝氣裝置 (cold traps) 內裝液態氮,將局部溫度降至 -96  C 油、污染物及水蒸氣凝於內側壁 圖 19   油擴散幫浦
低溫幫浦 (cryogenic pump , cryo pump) - 利用絕熱膨脹 (adiabatic expansion) 進行冷卻 - 壓縮機將底部液態氦或氮抽上冷卻膨脹器 (expander) - 腔室內的氣體會被凍聚在葉片 (Vane 指鰭片 ) 上 使用特性    不需冷式阻逆凝氣裝置    不需機械式的粗抽幫浦     能抽走水蒸氣 ( 渦輪幫浦不能 )    捕捉 / 不需油,腔室被污染機率低    可吸收來自腔室本身噴出的氣體    抽氣快速,操作維護簡易   歸類 捕捉式幫浦 (capture pumps) 使用注意事項 被帶到室溫下時 ( 錯誤的原因或維修 ) 小心 葉片上的凍結氣體 ( 如有毒性 / 易燃 ) 蒸發
離子幫浦 (ion pump)/ 濺式離子幫浦 (sputter ion pump) / 聚雜幫浦 (getter pump) 壓力範圍   10 -11 托耳 ( 超高度真空 ) 圖 21  離子真空幫浦的原理
渦輪分子幫浦 (turbomolecular pumps) 葉片 (blades) 軸以高速旋轉 (24,000 至 36,000 rpm) 優點    不會有油分子逆流回腔室    不需重新添油    可靠度高    可將壓力減至高真空度 缺點    抽氣速度比油擴散及低溫幫浦慢    高速旋轉造成震動及 軸 / 軸承 磨耗   拖曳式 (drag type) 幫浦 利用一個旋轉的圓筒或一個碟板,將氣體分子移除 複合式 ( 渦輪分子和拖曳式合併 ) 幫浦 能在高壓力的情況下抽氣 圖 22   渦輪分子幫浦

More Related Content

What's hot

2855 soudure a_larc
2855 soudure a_larc2855 soudure a_larc
2855 soudure a_larc
Med yassine Slimane
 
深層生成モデルを用いたマルチモーダルデータの半教師あり学習
深層生成モデルを用いたマルチモーダルデータの半教師あり学習深層生成モデルを用いたマルチモーダルデータの半教師あり学習
深層生成モデルを用いたマルチモーダルデータの半教師あり学習
Masahiro Suzuki
 
学位論文「ウェブ情報の信憑性分析に関する研究」
学位論文「ウェブ情報の信憑性分析に関する研究」学位論文「ウェブ情報の信憑性分析に関する研究」
学位論文「ウェブ情報の信憑性分析に関する研究」
Yusuke Yamamoto
 
Tensorflow Liteの量子化アーキテクチャ
Tensorflow Liteの量子化アーキテクチャTensorflow Liteの量子化アーキテクチャ
Tensorflow Liteの量子化アーキテクチャ
HitoshiSHINABE1
 
報酬設計と逆強化学習
報酬設計と逆強化学習報酬設計と逆強化学習
報酬設計と逆強化学習
Yusuke Nakata
 
Solving Quantitative Reasoning Problems with Language Models
Solving Quantitative Reasoning Problems with Language ModelsSolving Quantitative Reasoning Problems with Language Models
Solving Quantitative Reasoning Problems with Language Models
harmonylab
 
Unsupervised Anomaly Detection with Generative Adversarial Networks to Guide ...
Unsupervised Anomaly Detection with Generative Adversarial Networks to Guide ...Unsupervised Anomaly Detection with Generative Adversarial Networks to Guide ...
Unsupervised Anomaly Detection with Generative Adversarial Networks to Guide ...
harmonylab
 
「知識」のDeep Learning
「知識」のDeep Learning「知識」のDeep Learning
「知識」のDeep Learning
Yuya Unno
 
TensorFlowをもう少し詳しく入門
TensorFlowをもう少し詳しく入門TensorFlowをもう少し詳しく入門
TensorFlowをもう少し詳しく入門
tak9029
 
DeBERTaV3: Improving DeBERTa using ELECTRA-Style Pre-Training with Gradient-D...
DeBERTaV3: Improving DeBERTa using ELECTRA-Style Pre-Training with Gradient-D...DeBERTaV3: Improving DeBERTa using ELECTRA-Style Pre-Training with Gradient-D...
DeBERTaV3: Improving DeBERTa using ELECTRA-Style Pre-Training with Gradient-D...
harmonylab
 
大規模凸最適化問題に対する勾配法
大規模凸最適化問題に対する勾配法大規模凸最適化問題に対する勾配法
大規模凸最適化問題に対する勾配法
京都大学大学院情報学研究科数理工学専攻
 
大企業と技術開発型ベンチャーの連携
大企業と技術開発型ベンチャーの連携大企業と技術開発型ベンチャーの連携
大企業と技術開発型ベンチャーの連携
Masakazu Masujima
 
最新の異常検知手法(NIPS 2018)
最新の異常検知手法(NIPS 2018)最新の異常検知手法(NIPS 2018)
最新の異常検知手法(NIPS 2018)
ぱんいち すみもと
 
動作認識の最前線:手法,タスク,データセット
動作認識の最前線:手法,タスク,データセット動作認識の最前線:手法,タスク,データセット
動作認識の最前線:手法,タスク,データセット
Toru Tamaki
 
[DL輪読会]Batch Renormalization: Towards Reducing Minibatch Dependence in Batch-...
[DL輪読会]Batch Renormalization: Towards Reducing Minibatch Dependence in Batch-...[DL輪読会]Batch Renormalization: Towards Reducing Minibatch Dependence in Batch-...
[DL輪読会]Batch Renormalization: Towards Reducing Minibatch Dependence in Batch-...
Deep Learning JP
 
[DL輪読会]Recent Advances in Autoencoder-Based Representation Learning
[DL輪読会]Recent Advances in Autoencoder-Based Representation Learning[DL輪読会]Recent Advances in Autoencoder-Based Representation Learning
[DL輪読会]Recent Advances in Autoencoder-Based Representation Learning
Deep Learning JP
 
[DL輪読会]A Style-Based Generator Architecture for Generative Adversarial Networks
[DL輪読会]A Style-Based Generator Architecture for Generative Adversarial Networks[DL輪読会]A Style-Based Generator Architecture for Generative Adversarial Networks
[DL輪読会]A Style-Based Generator Architecture for Generative Adversarial Networks
Deep Learning JP
 
敵対的サンプル・摂動サーベイ
敵対的サンプル・摂動サーベイ敵対的サンプル・摂動サーベイ
敵対的サンプル・摂動サーベイ
Simossyi Funabashi
 
CVPR 2018 速報
CVPR 2018 速報CVPR 2018 速報
CVPR 2018 速報
cvpaper. challenge
 
[DL輪読会]Weakly-Supervised Disentanglement Without Compromises
[DL輪読会]Weakly-Supervised Disentanglement Without Compromises[DL輪読会]Weakly-Supervised Disentanglement Without Compromises
[DL輪読会]Weakly-Supervised Disentanglement Without Compromises
Deep Learning JP
 

What's hot (20)

2855 soudure a_larc
2855 soudure a_larc2855 soudure a_larc
2855 soudure a_larc
 
深層生成モデルを用いたマルチモーダルデータの半教師あり学習
深層生成モデルを用いたマルチモーダルデータの半教師あり学習深層生成モデルを用いたマルチモーダルデータの半教師あり学習
深層生成モデルを用いたマルチモーダルデータの半教師あり学習
 
学位論文「ウェブ情報の信憑性分析に関する研究」
学位論文「ウェブ情報の信憑性分析に関する研究」学位論文「ウェブ情報の信憑性分析に関する研究」
学位論文「ウェブ情報の信憑性分析に関する研究」
 
Tensorflow Liteの量子化アーキテクチャ
Tensorflow Liteの量子化アーキテクチャTensorflow Liteの量子化アーキテクチャ
Tensorflow Liteの量子化アーキテクチャ
 
報酬設計と逆強化学習
報酬設計と逆強化学習報酬設計と逆強化学習
報酬設計と逆強化学習
 
Solving Quantitative Reasoning Problems with Language Models
Solving Quantitative Reasoning Problems with Language ModelsSolving Quantitative Reasoning Problems with Language Models
Solving Quantitative Reasoning Problems with Language Models
 
Unsupervised Anomaly Detection with Generative Adversarial Networks to Guide ...
Unsupervised Anomaly Detection with Generative Adversarial Networks to Guide ...Unsupervised Anomaly Detection with Generative Adversarial Networks to Guide ...
Unsupervised Anomaly Detection with Generative Adversarial Networks to Guide ...
 
「知識」のDeep Learning
「知識」のDeep Learning「知識」のDeep Learning
「知識」のDeep Learning
 
TensorFlowをもう少し詳しく入門
TensorFlowをもう少し詳しく入門TensorFlowをもう少し詳しく入門
TensorFlowをもう少し詳しく入門
 
DeBERTaV3: Improving DeBERTa using ELECTRA-Style Pre-Training with Gradient-D...
DeBERTaV3: Improving DeBERTa using ELECTRA-Style Pre-Training with Gradient-D...DeBERTaV3: Improving DeBERTa using ELECTRA-Style Pre-Training with Gradient-D...
DeBERTaV3: Improving DeBERTa using ELECTRA-Style Pre-Training with Gradient-D...
 
大規模凸最適化問題に対する勾配法
大規模凸最適化問題に対する勾配法大規模凸最適化問題に対する勾配法
大規模凸最適化問題に対する勾配法
 
大企業と技術開発型ベンチャーの連携
大企業と技術開発型ベンチャーの連携大企業と技術開発型ベンチャーの連携
大企業と技術開発型ベンチャーの連携
 
最新の異常検知手法(NIPS 2018)
最新の異常検知手法(NIPS 2018)最新の異常検知手法(NIPS 2018)
最新の異常検知手法(NIPS 2018)
 
動作認識の最前線:手法,タスク,データセット
動作認識の最前線:手法,タスク,データセット動作認識の最前線:手法,タスク,データセット
動作認識の最前線:手法,タスク,データセット
 
[DL輪読会]Batch Renormalization: Towards Reducing Minibatch Dependence in Batch-...
[DL輪読会]Batch Renormalization: Towards Reducing Minibatch Dependence in Batch-...[DL輪読会]Batch Renormalization: Towards Reducing Minibatch Dependence in Batch-...
[DL輪読会]Batch Renormalization: Towards Reducing Minibatch Dependence in Batch-...
 
[DL輪読会]Recent Advances in Autoencoder-Based Representation Learning
[DL輪読会]Recent Advances in Autoencoder-Based Representation Learning[DL輪読会]Recent Advances in Autoencoder-Based Representation Learning
[DL輪読会]Recent Advances in Autoencoder-Based Representation Learning
 
[DL輪読会]A Style-Based Generator Architecture for Generative Adversarial Networks
[DL輪読会]A Style-Based Generator Architecture for Generative Adversarial Networks[DL輪読会]A Style-Based Generator Architecture for Generative Adversarial Networks
[DL輪読会]A Style-Based Generator Architecture for Generative Adversarial Networks
 
敵対的サンプル・摂動サーベイ
敵対的サンプル・摂動サーベイ敵対的サンプル・摂動サーベイ
敵対的サンプル・摂動サーベイ
 
CVPR 2018 速報
CVPR 2018 速報CVPR 2018 速報
CVPR 2018 速報
 
[DL輪読会]Weakly-Supervised Disentanglement Without Compromises
[DL輪読会]Weakly-Supervised Disentanglement Without Compromises[DL輪読会]Weakly-Supervised Disentanglement Without Compromises
[DL輪読会]Weakly-Supervised Disentanglement Without Compromises
 

Similar to 薄膜沉積–Pvd

Taconic: PIM
Taconic: PIMTaconic: PIM
Taconic: PIM
Manfred Huschka
 
Mes 概論 第三週
Mes 概論   第三週Mes 概論   第三週
Mes 概論 第三週信宏 陳
 
28.永磁發電機設計之磁石修弧對頓轉矩的改善策略 張書瑋
28.永磁發電機設計之磁石修弧對頓轉矩的改善策略 張書瑋28.永磁發電機設計之磁石修弧對頓轉矩的改善策略 張書瑋
28.永磁發電機設計之磁石修弧對頓轉矩的改善策略 張書瑋Zih-Ming Yang
 
一汽汽车钢板讲义
一汽汽车钢板讲义一汽汽车钢板讲义
一汽汽车钢板讲义jellycc
 
Must 97電子-01校內計畫成果報告971029
Must 97電子-01校內計畫成果報告971029Must 97電子-01校內計畫成果報告971029
Must 97電子-01校內計畫成果報告971029xilin peng
 
Amg investor presentation july 2011 (chinese) v005-f550x8
Amg   investor presentation july 2011 (chinese) v005-f550x8Amg   investor presentation july 2011 (chinese) v005-f550x8
Amg investor presentation july 2011 (chinese) v005-f550x8AMG
 
認識半導體產業與世界趨勢.pdf
認識半導體產業與世界趨勢.pdf認識半導體產業與世界趨勢.pdf
認識半導體產業與世界趨勢.pdf
Anthony Liu
 
太陽光電產業製程與技術
太陽光電產業製程與技術太陽光電產業製程與技術
太陽光電產業製程與技術howhat
 
巨型金屬結構(Fe)
巨型金屬結構(Fe)巨型金屬結構(Fe)
巨型金屬結構(Fe)HKIEd
 
Lec13 20070525
Lec13 20070525Lec13 20070525
Lec13 200705255045033
 

Similar to 薄膜沉積–Pvd (12)

Taconic: PIM
Taconic: PIMTaconic: PIM
Taconic: PIM
 
Mes 概論 第三週
Mes 概論   第三週Mes 概論   第三週
Mes 概論 第三週
 
28.永磁發電機設計之磁石修弧對頓轉矩的改善策略 張書瑋
28.永磁發電機設計之磁石修弧對頓轉矩的改善策略 張書瑋28.永磁發電機設計之磁石修弧對頓轉矩的改善策略 張書瑋
28.永磁發電機設計之磁石修弧對頓轉矩的改善策略 張書瑋
 
一汽汽车钢板讲义
一汽汽车钢板讲义一汽汽车钢板讲义
一汽汽车钢板讲义
 
Must 97電子-01校內計畫成果報告971029
Must 97電子-01校內計畫成果報告971029Must 97電子-01校內計畫成果報告971029
Must 97電子-01校內計畫成果報告971029
 
鍍 膜
鍍        膜鍍        膜
鍍 膜
 
Amg investor presentation july 2011 (chinese) v005-f550x8
Amg   investor presentation july 2011 (chinese) v005-f550x8Amg   investor presentation july 2011 (chinese) v005-f550x8
Amg investor presentation july 2011 (chinese) v005-f550x8
 
welding
weldingwelding
welding
 
認識半導體產業與世界趨勢.pdf
認識半導體產業與世界趨勢.pdf認識半導體產業與世界趨勢.pdf
認識半導體產業與世界趨勢.pdf
 
太陽光電產業製程與技術
太陽光電產業製程與技術太陽光電產業製程與技術
太陽光電產業製程與技術
 
巨型金屬結構(Fe)
巨型金屬結構(Fe)巨型金屬結構(Fe)
巨型金屬結構(Fe)
 
Lec13 20070525
Lec13 20070525Lec13 20070525
Lec13 20070525
 

More from 5045033

好精典 "誰的事"
好精典 "誰的事"好精典 "誰的事"
好精典 "誰的事"5045033
 
半導體第六章
半導體第六章半導體第六章
半導體第六章5045033
 
行車死角
行車死角行車死角
行車死角5045033
 
簡單線性迴歸模型 Regression(4 1)
簡單線性迴歸模型 Regression(4 1)簡單線性迴歸模型 Regression(4 1)
簡單線性迴歸模型 Regression(4 1)5045033
 
簡單線性迴歸:統計分析 Ch11
簡單線性迴歸:統計分析 Ch11簡單線性迴歸:統計分析 Ch11
簡單線性迴歸:統計分析 Ch115045033
 
迴歸分析 Minitab和excel的應用
迴歸分析 Minitab和excel的應用迴歸分析 Minitab和excel的應用
迴歸分析 Minitab和excel的應用5045033
 
Ch10 簡單線性迴歸 最小平方法
Ch10 簡單線性迴歸 最小平方法Ch10 簡單線性迴歸 最小平方法
Ch10 簡單線性迴歸 最小平方法5045033
 
簡單線性迴歸 最小平方法 Excel
簡單線性迴歸 最小平方法 Excel簡單線性迴歸 最小平方法 Excel
簡單線性迴歸 最小平方法 Excel5045033
 
台股技術分析-有效性研究
台股技術分析-有效性研究台股技術分析-有效性研究
台股技術分析-有效性研究5045033
 
The mostamazinggardenintheworld
The mostamazinggardenintheworldThe mostamazinggardenintheworld
The mostamazinggardenintheworld
5045033
 
Impossiblepictures
ImpossiblepicturesImpossiblepictures
Impossiblepictures
5045033
 
常想一二
常想一二常想一二
常想一二5045033
 
安可科技 (1)
安可科技 (1)安可科技 (1)
安可科技 (1)5045033
 
生產與作業管理
生產與作業管理生產與作業管理
生產與作業管理5045033
 
生產與作業管理
生產與作業管理生產與作業管理
生產與作業管理5045033
 
避免洗腎的秘方
避免洗腎的秘方避免洗腎的秘方
避免洗腎的秘方5045033
 
日行一善
日行一善日行一善
日行一善5045033
 
奇异的植物
奇异的植物奇异的植物
奇异的植物5045033
 
活到天年
活到天年活到天年
活到天年5045033
 

More from 5045033 (20)

好精典 "誰的事"
好精典 "誰的事"好精典 "誰的事"
好精典 "誰的事"
 
半導體第六章
半導體第六章半導體第六章
半導體第六章
 
行車死角
行車死角行車死角
行車死角
 
簡單線性迴歸模型 Regression(4 1)
簡單線性迴歸模型 Regression(4 1)簡單線性迴歸模型 Regression(4 1)
簡單線性迴歸模型 Regression(4 1)
 
簡單線性迴歸:統計分析 Ch11
簡單線性迴歸:統計分析 Ch11簡單線性迴歸:統計分析 Ch11
簡單線性迴歸:統計分析 Ch11
 
迴歸分析 Minitab和excel的應用
迴歸分析 Minitab和excel的應用迴歸分析 Minitab和excel的應用
迴歸分析 Minitab和excel的應用
 
Ch10 簡單線性迴歸 最小平方法
Ch10 簡單線性迴歸 最小平方法Ch10 簡單線性迴歸 最小平方法
Ch10 簡單線性迴歸 最小平方法
 
簡單線性迴歸 最小平方法 Excel
簡單線性迴歸 最小平方法 Excel簡單線性迴歸 最小平方法 Excel
簡單線性迴歸 最小平方法 Excel
 
台股技術分析-有效性研究
台股技術分析-有效性研究台股技術分析-有效性研究
台股技術分析-有效性研究
 
The mostamazinggardenintheworld
The mostamazinggardenintheworldThe mostamazinggardenintheworld
The mostamazinggardenintheworld
 
Impossiblepictures
ImpossiblepicturesImpossiblepictures
Impossiblepictures
 
常想一二
常想一二常想一二
常想一二
 
故事
故事故事
故事
 
安可科技 (1)
安可科技 (1)安可科技 (1)
安可科技 (1)
 
生產與作業管理
生產與作業管理生產與作業管理
生產與作業管理
 
生產與作業管理
生產與作業管理生產與作業管理
生產與作業管理
 
避免洗腎的秘方
避免洗腎的秘方避免洗腎的秘方
避免洗腎的秘方
 
日行一善
日行一善日行一善
日行一善
 
奇异的植物
奇异的植物奇异的植物
奇异的植物
 
活到天年
活到天年活到天年
活到天年
 

薄膜沉積–Pvd

  • 1. 薄膜沉積– PVD 姜庭隆 中 華 民 國 90 年 11 月 28 日
  • 2. 摘要 晶片製造主要階段 前段製程 (front end of the line, FEOL) 在晶圓表面 / 中間製造出主動 / 被動元件 後段製程 (back end of the line, BEOL) 將連接元件間 / 不同層間所需的金屬 ( 線路 ) 加入晶片 金屬化 (metallization) 將零件接線 wiring ( 金屬膜 ) 用到的材料、方法、製程  真空蒸鍍機  濺鍍機  真空幫浦 (vacuum pumps) 油擴散幫浦、渦輪式幫浦、低溫高真空幫浦
  • 3.
  • 4. 多層金屬導體技術  金屬堆疊層由加入 阻障層 (barrier layer) 開始 - 矽表面形成矽化物以在矽表面和另一層間產生低電阻 - 如果導電材料是鋁,阻障層可避免鋁和矽接觸而形成 合金化  加入 金屬間介電層 (intermetallic dielectric layer, IDL 或 IMD) 提供金屬層間的絕緣 材料:沈積的氧化物、氮化矽、聚亞醯胺  金屬間介電層被蝕刻出 接點孔 ( 導孔 vias 梢孔、栓塞孔 plugs )  藉沈積法將金屬填入導孔,產生 導電栓塞  用沈積加入第一層金屬層 圖 3 兩種金屬堆疊
  • 5. 導電材料 1. 鋁 鋁的缺點 導電性不如銅,金 金的缺點 - 和矽的接觸阻抗值高 - 用鉑 (platinum) 做中間層,鉬 (molybdenum) 做頂層克服金的軟 銅的缺點 - 和矽的接觸阻抗值高 - 若銅摻入元件內會破壞元件效能 鋁的優點 - 阻抗係數很低 (2.7 微歐母‧公分 ) - 傳送電流的密度佳 - 和二氧化矽的黏合性極佳 - 高純度的鋁取得不難 - 可使用傳統的光阻製程成形
  • 6. 2. 鋁和矽形成的合金 為使接觸電性穩定,須對鋁和矽界面烘烤 共熔成形溫度 (eutectic formation point) - 兩種材料在接觸下被加熱, 熔化溫度低於個別熔化溫度 - 鋁矽共熔成形溫度 450  C 烘烤的問題 - 熔化的合金可能沈入晶圓 - 若晶圓表面有淺層接合界面 則合金區延伸過接合界面,造成短路 解決方法 - 使用 金屬阻隔層 ,將鋁和矽隔開 - 使用 含有 1 至 2% 的矽 之鋁合金 圖 4 鋁和矽在接點處的 共熔合金現象
  • 7. 3. 鋁和銅形成合金 鋁的 電遷移 (electromigration) 問題 高電流通過鋁導線時 - 電流在導線中建立電場, - 電流產生熱會沿導線成溫度梯度 (gradient) , 導線中的 鋁沿此兩種梯度方向移動 ,嚴重時使導線斷裂 解決電遷移的問題 沈積含有 0.5~4% 銅 或含 0.1~0.5% 鈦 的鋁合金 解決合金問題及電遷移的問題 沈積含有 銅和矽 的鋁合金   沈積鋁合金的缺點  沈積設備和製程的複雜度升高  蝕刻速率不同  鋁合金的膜阻抗值比純鋁高 25% 至 30%
  • 8.   4. 銅 IBM/ Motorola 公司 1998 年提供銅製程技術 鋁的缺點 - 阻抗高,訊號延遲 (RC 常數高 ) - 不易沈積入高外形比的導孔或栓塞孔中 減少鋁阻抗的方法 - 阻障金屬技術、堆疊 - 難熔金屬 (refractory metals) 銅製程的優點 - 阻抗比鋁小 - 不產生電遷移現象 ,和低 K 材料 ( 矽化鈷 ) 配合, RC 常數減低 400% -CVD 法、 PECVD 法、濺鍍、無電膜鍍、電鍍法 ( 低溫下 ) 沈積 - 銅製程的缺點 - 技術太新缺乏學習曲線 ( 經驗 ) - 蝕刻的問題 - 易被刮傷、腐蝕 - 為防銅滲入矽中需要阻隔金屬  
  • 9. 雙嵌刻製程 (dual damascene process) 嵌刻 damascene 在介電層中形成溝槽,沈積入金屬,常沈積過多溢出 再用 CMP 法使表面平坦 圖 5 雙嵌刻 使用 銅 作為 導線 / 栓塞金屬 ( 傳統製程用鎢 ) ( 步驟 3 至步驟 6) 形成栓塞孔和溝槽 ( 步驟 7) 在栓塞孔溝槽內 - 沈積 / 濺鍍 阻障金屬 ( 鉭 tantalum 及氮化鉭 ) - 沈積 / 濺鍍一層薄的 銅種子 (seed) 層 作為電鍍銅時所需要的起始層 ( 步驟 8) 將金屬沈積入栓塞孔和溝槽內 ( 步驟 9) 用 CMP 加工使表面平坦
  • 10. 圖 5  雙崁刻和銅製程
  • 11. 阻障金屬 (barrier metals) 鋁製程 : 防止矽和鋁形成共熔合金 材料 鈦化鎢 (TiW) 、 氮化鈦 (TiN) 濺鍍 / 沈積法 - 先形成一層矽化鉑 - 將鈦化鎢沈積入接觸點的開孔處 熱氮化法 (600  C) 於氮氣或氨 (NH 3 ) 氣的環境下將鈦氮化 銅 製程 : 防止 銅滲入矽中破壞元件 材料 氮化鈦、鉭、氮化鉭
  • 12. 難熔金屬 (refractory metals) 和難熔金屬矽化物 (silicides) 優點 阻抗係數、接觸阻抗較低 目的 在 MOS ,作為填滿栓塞孔 (plug filling) 、阻障、或導電層 材料 - 鈦 (Ti) 、鎢 (W) 、鉭 (Ta) 及鉬 (Mo) - 鎢常用作鋁和矽間的阻障材料、 MOS 的閘極中間層、栓塞 - 和矽形成合金時生成矽化物 (WSi 2 , TiSi 2 , TaSi 2 , MoSi 2 ) 製程法 低壓化學氣相沈積 (LPCVD) 和濺鍍 * 銅製程的優點 銅可用作栓塞材料,系統中僅使用一種金屬,可免去中間層的金屬阻抗
  • 13. 有摻雜的多晶矽 目的 MOS 的矽閘用沈積多晶矽為電極平板 材料 - 摻雜以增加導電性,作導體使用 - 常用磷為摻雜物(在矽中的固態溶解度高) 優點 - 和矽晶圓間有良好的歐姆接觸 - 可被氧化形成絕緣層
  • 14. 金屬膜的用途 1. MOS 閘極 (gate) 和電容的電極 (electrodes) 2. 熔絲 - 使可程式唯讀記憶體 (PROM) 被創造 - 並非保護元件,而是造成斷路 構造主要有二類 - 由位於兩金屬導線之間的 鎳鉻合金、鈦鎢合金、或多晶矽 被通過的電流脈衝燒斷的“頸部” - 在接觸孔內的 薄層多晶矽或氧化物 , 當高電流通過此層時產生熱量將此層燒 斷 3. 晶圓背面電鍍 蒸鍍法將黃金 ( 封裝中作焊料 solder) 鍍在晶背 圖 8 使用熔絲的記憶組列 圖 9  薄膜熔絲
  • 15. 沈積的方法 真空蒸鍍法 (Vacuum Evaporation) 1970 年代以前主要的金屬沈積法 將金屬沈積在個別元件 / 低整合度的電路晶片上 蒸發原料的系統   電熱絲 (filaments)  電子射束 (electron beam)  快閃式熱平板 (flash hot plate) 圖 10 真空蒸鍍
  • 16. 電熱絲 - 簡單,不重要的工作 - 溫度沿熱絲變化,不易控制 - 原料和熱絲內的雜質被蒸發 - 不能沈積合金 ( 因不同元素蒸發速率不同 ) 電子束槍 (E-beam gun) 簡稱 E-gun - 水冷銅坩鍋 - 坩鍋下方有高溫電熱絲,釋放電子 - 磁場使電子旋轉撞擊鋁材,鋁熔化蒸發 - 適用於元素原料 ( 鋁或金 ) ,合金不適用 熱平板,或快閃式系統 - 解決電子槍蒸鍍合金的困難 - 極細合金線接觸熱平板,瞬間熔成蒸氣 - 鍍膜成分和合金線材成分極為相近 圖 11 用電子鎗將蒸鍍原料熔化 圖 12 快閃式蒸鍍原料
  • 17. 真空蒸鍍機的挑戰 均勻性、良好的階梯覆蓋性   解決法 - 使用旋轉行星式晶圓夾承圓頂 - 石英加熱器使原子到晶圓表面 時仍維持運動力,藉毛細作用填入階梯 階梯處部分未被鍍到 在階梯處太薄 優良 圖 13 階梯的覆蓋性 圖 14 將晶圓以行星位置排列 並旋輚的夾承座
  • 18. 濺鍍沈積法 (sputter deposition 濺鍍 sputtering) - 1852 年威廉‧羅勃‧葛洛夫 (William Robert Grove) 爵士設計 - 廣泛用在人工珠寶鍍色,光學透鏡或玻璃上的鍍膜 - 可將任何材料沈積在任何基材上 - 物理氣相沈積 (physical vapor deposition, PVD) 濺鍍原理 - 靶 (target 原料 ) 被接地 ( 負電 ) - 氬原子被離子化 ( 正電 ) - 氬離子被靶板吸引,撞擊靶板 - 氬離子將靶板原子敲出 ( 濺的動作 sputtering) - 濺出的靶原子,一部分到達晶圓上 圖 15 濺鍍原理
  • 19. 主要特色 靶材沈積在晶圓上時,不會造成任何化學變化或成分改變 直接利益 - 沈積合金和介電材料 - 善階梯的覆蓋性 - 膜和晶圓表面間的黏著性比蒸鍍法好 濺鍍方法  二極式電偶 diode ( 直流 )  二極式電偶 diode ( 射頻 RF 高週波 )  三極式電偶 triode  磁電式 magnetron
  • 20. 二極式濺鍍 (diode sputtering) - 靶材接負電位,晶圓夾承座陽極 - 負電的靶材放出電子,向陽極加速前進 - 電子和氬原子相撞將氬離子化 - 氬離子向靶材加速前進 直流電式電偶濺鍍 用於沈積金屬 靶材和高週波 ( 射頻 RF) 產生器負極相連 可濺鍍非導體材料 ( 介電體 )/ 導體   量產機裝填 - 閉鎖 (load-lock) 裝置 部分抽真空 ( 真空度不高 ) 的前端腔室 (antechamber) , 可將沈積用腔室維持在真空狀態 優點 產能較高 圖 16  典型的濺鍍設備
  • 21. 磁電 (magnetron) 式濺鍍系統 解決電偶式濺鍍的問題 電子逃脫至腔室中,不參與建立沈積所需要的電漿場 原理 - 靶板背後及周圍加上磁場補捉 ( 限制 ) 電子在靶板的前方 - 靶材溫度低 , 常用於濺鍍鋁和鋁合金 圖 17 磁電式濺鍍
  • 22. 使用 CVD 進行金屬化 常用來沈積鎢 LPCVD 優點 - 不需價格昂貴 / 需經常維護的超高度真空幫浦 - 階梯覆蓋性佳 - 產能高 - 進行溫度約 300  C( 低溫使製程和鋁的金屬化相容 ) 六氟化鎢氣流和矽進行還原反應,進行沈積 2WF 6 +3Si  2W+3SiF 4 六氟化鎢和氫行還原反應,沈積出鎢 WF 6 +3H 2  W+6HF
  • 23. 真空幫浦( vacuum pumps ) 1. 粗抽幫浦 (roughing pumps) 壓力範圍 10 -3 托耳 ( 中度真空 ) , 初步減壓 型式 機械式真空幫浦 2. 高真空幫浦 壓力範圍 10 -9 托耳以下 ( 高度 / 超高度真空 ) 型式 油擴散幫浦、低溫幫浦、離子幫浦、渦輪分子式幫浦 材料 不會由材料內洩出氣體 (out-gas) 進入系統 - 304 不銹鋼、不含氧的高傳導銅 (OFHC) 、 kovar 、鎳、鈦、 硼矽酸玻璃、陶瓷、鎢、金 - 低蒸氣壓力的高分子彈性體 (elastomers) - 抽腐蝕、毒性或反應之氣體時,幫浦內壁須抗腐蝕
  • 24. 幫浦的選用考量因素  所需的真空範圍  要抽的氣體 ( 氫這類較輕的氣體較難抽 )  抽氣速度  整體的產能輸出  處理脈衝式負載 ( 週期性的由內部材料中洩漏氣體 ) 的能力  抽具腐蝕性氣體的能力  維修的需求性  停機的時間  成本
  • 25. 機械式幫浦 歸類 : 移置式幫浦 (displacement pumps) 迴轉含油真空幫浦 (mechanical rotary oil vacuum pumps) 取代含油式機械幫浦  油被封住式的幫浦  無油式幫浦  渦卷式幫浦 (scroll pump)  魯式幫浦 (roots pump ,也稱為魯式鼓風機 roots blowers) 圖 18  機械式旋轉油幫浦
  • 26. 油擴散幫浦 (oil diffusion pump) 使用方式 - 需含油式機械幫浦,將腔室內壓力抽至 10 -3 托耳 - 需相同的一台幫浦或第二台機械式幫浦在排氣端 壓力範圍 10 -8 托耳高度真空 問題 - 油分子滲回腔室 - 無法處理腔室中的水蒸氣 解決 冷式阻逆凝氣裝置 (cold traps) 內裝液態氮,將局部溫度降至 -96  C 油、污染物及水蒸氣凝於內側壁 圖 19  油擴散幫浦
  • 27. 低溫幫浦 (cryogenic pump , cryo pump) - 利用絕熱膨脹 (adiabatic expansion) 進行冷卻 - 壓縮機將底部液態氦或氮抽上冷卻膨脹器 (expander) - 腔室內的氣體會被凍聚在葉片 (Vane 指鰭片 ) 上 使用特性  不需冷式阻逆凝氣裝置  不需機械式的粗抽幫浦  能抽走水蒸氣 ( 渦輪幫浦不能 )  捕捉 / 不需油,腔室被污染機率低  可吸收來自腔室本身噴出的氣體  抽氣快速,操作維護簡易   歸類 捕捉式幫浦 (capture pumps) 使用注意事項 被帶到室溫下時 ( 錯誤的原因或維修 ) 小心 葉片上的凍結氣體 ( 如有毒性 / 易燃 ) 蒸發
  • 28. 離子幫浦 (ion pump)/ 濺式離子幫浦 (sputter ion pump) / 聚雜幫浦 (getter pump) 壓力範圍 10 -11 托耳 ( 超高度真空 ) 圖 21 離子真空幫浦的原理
  • 29. 渦輪分子幫浦 (turbomolecular pumps) 葉片 (blades) 軸以高速旋轉 (24,000 至 36,000 rpm) 優點  不會有油分子逆流回腔室  不需重新添油  可靠度高  可將壓力減至高真空度 缺點  抽氣速度比油擴散及低溫幫浦慢  高速旋轉造成震動及 軸 / 軸承 磨耗   拖曳式 (drag type) 幫浦 利用一個旋轉的圓筒或一個碟板,將氣體分子移除 複合式 ( 渦輪分子和拖曳式合併 ) 幫浦 能在高壓力的情況下抽氣 圖 22  渦輪分子幫浦