項目2薄膜制備工藝項目導讀

本項目從氧化工藝任務入手，先讓讀者對薄膜制備工藝有一個初步了解；然后詳細介紹薄膜制備、物理氣相淀積和化學氣相淀積等專業技能。通過物理氣相淀積的任務實施，讓讀者進一步了解氧化與物理氣相淀積工藝。知識目標1.了解薄膜制備工藝2.掌握氧化與物理氣相淀積的工藝操作3.掌握氧化與物理氣相淀積的質量評估4.會識讀氧化與物理氣相淀積工藝相關的隨件單技能目標1.能正確操作氧化與物理氣相淀積的設備，設置相關設備的常規參數2.能正確排查氧化與物理氣相淀積的常見故障教學重點1．氧化與物理氣相淀積的工藝2．檢驗氧化與物理氣相淀積的質量教學難點氧化與物理氣相淀積的實施建議學時6學時推薦教學方法從任務入手，通過氧化的操作，讓讀者了解氧化的工藝操作，進而通過物理氣相淀積的操作，熟悉物理氣相淀積的質量評估推薦學習方法勤學勤練、動手操作是學好薄膜制備工藝的關鍵，動手完成氧化工藝與物理氣相淀積任務實施，通過“邊做邊學”達到更好的學習效果項目22.1.1晶圓制造工藝知識目標2.1.1晶圓制造工藝1.掌握晶圓制造流程2.掌握晶圓制造各個工藝環節的原理晶圓硅片2.1.1晶圓制造工藝晶圓制造工藝流程2.1.1晶圓制造工藝所謂薄膜，就是在襯底上生長出的一種固體物質，主要有半導體薄、金屬膜和絕緣介質膜。半導體芯片的加工就是對薄膜進行加工的過程氧化物理氣相淀積PVD化學氣相淀積CVD1.薄膜制備2.1.1晶圓制造工藝外延光刻就是利用光對材料進行雕刻2.光刻光刻是形成材料圖形化結構的一種非常精細的表面加工技術2.1.1晶圓制造工藝2.光刻--光刻工藝原理2.1.1晶圓制造工藝3.刻蝕它是將硅片表面上淀積的各種絕緣介質、金屬薄膜等按照掩膜版的圖形結構選擇性地去除，以便形成各種器件結構和電路互連。2.1.1晶圓制造工藝未經刻蝕的襯底刻蝕后的襯底4.摻雜摻雜是通過熱擴散或離子注入的方式將雜質摻入到半導體等材料中，使其數量和濃度分布達到一定要求，從而改變材料的電學性質或機械性能。MOS結構示意圖2.1.1晶圓制造工藝4.摻雜--離子注入離子注入原理圖2.1.1晶圓制造工藝5金屬化金屬化是芯片制造過程中在元器件表面上淀積金屬薄膜，隨后刻印圖形以便形成互連線和集成電路填充塞的過程，是構成器件功能的關鍵工序。2.1.1晶圓制造工藝金屬化示意圖鋁互連到銅互連的轉變晶圓制造工藝流程2.1.1晶圓制造工藝知識總結1.晶圓制造流程2.晶圓制造各個工藝環節的原理2.1.1晶圓制造工藝項目22.1.2薄膜制備工藝2.1.2薄膜制備工藝知識目標1.了解薄膜基礎知識2.掌握薄膜制備方法所謂薄膜，就是在襯底上生長出的一種固體物質，厚度一般小于1um。絕緣介質膜二氧化硅

氮化硅PSG半導體薄膜單晶硅多晶硅砷化鎵金屬膜鋁銅鎢1.薄膜基礎知識--薄膜定義及種類2.1.2薄膜制備工藝①良好的臺階覆蓋能力;②結構完整、厚度均勻;③良好的粘附性;④高的深寬比填充;.⑤應力小。1.薄膜基礎知識--薄膜特性2.1.2薄膜制備工藝2.1.2薄膜制備工藝1.薄膜制備方法氧化物理氣相淀積PVD化學氣相淀積CVD外延2.薄膜制備（1）氧化干氧氧化氧化膜結構致密，但氧化速度慢水汽氧化氧化膜結構疏松，氧化速度快濕氧氧化膜質量和氧化速度介于干氧和水汽氧化間。2.1.2薄膜制備工藝2.薄膜制備(2)物理氣相淀積（PVD）PVD是利用某種物理過程實現物質轉移，將原子或分子由源(或靶)氣相轉移到硅襯底表面形成薄膜的過程。2.1.2薄膜制備工藝

蒸鍍在高真空室內加熱源材料使之氣化，源氣相轉移到達襯底，在襯底表面凝結形成薄膜。

濺射在一定真空度下，用高能粒子從某種物質的表面撞擊出原子并在襯底表面淀積成膜的物理過程。2.薄膜制備(3)化學氣相淀積（CVD）CVD:是通過氣體混合的化學反應在硅片表面淀積一層固體薄膜的工藝1）反應氣體向襯底表面擴散2）反應氣體被吸附于襯底表面3）在表面進行化學反應、表面移動、成核及膜生長4）反應副產物分子從襯底表面解吸，擴散到主氣流中，排出沉積區2.1.2薄膜制備工藝外延（Epitaxy）：在硅單晶襯底上，沿其原來晶向，生長一層厚度、導電類型、電阻率及晶格結構都符合要求的新單品薄膜。新生的單晶薄膜即外延層。2.薄膜制備2.1.2薄膜制備工藝外延按工藝方法分類：氣相外延，液相外延，固相外延，分子束外延（MBE）外延按材料分類：同質外延、異質外延（4）外延外延特點2.薄膜制備2.1.2薄膜制備工藝（1）生長速率極慢(4)外延（2）外延生長溫度低，降低了界面上熱膨脹引入的晶格失配效應（3）外延層質量極好（4）可以生長普通熱平衡生長方法難以生長的膜（5）膜的組分和摻雜濃度可隨生長源的變化迅速調整知識總結1.薄膜基本知識2.薄膜制備的四種方法2.1.2薄膜制備工藝薄膜制備工藝項目22.2.1認識氧化工藝2.2.1認識氧化工藝知識目標1.掌握氧化的定義及作用2.掌握氧化的幾種方式3.了解氧化質量要求及并能進行異常分析1.氧化的定義氧化工藝也稱熱氧化工藝，是指在高溫條件下，潔凈的的硅片與氧化劑發生反應，在硅片表面生長出一層二氧化硅薄膜2.2.1認識氧化工藝2.氧化工藝的作用（1）雜質擴散掩蔽膜；雜質擴散掩蔽膜（4）MOS管的絕緣柵材料。MOS管絕緣柵材料（2）器件表面鈍化膜或緩沖層；緩沖層（3）電路隔離介質或絕緣介質，電容介質；電路隔離介質2.2.1認識氧化工藝干濕干氧化將干氧氧化和濕氧氧化結合起來3.氧化方式水汽氧化氧化層結構疏松，但生長速率快濕氧氧化膜的質量和生長速度介于干氧和水汽氧化之間干氧氧化氧化層結構致密，生長速率慢2.2.1認識氧化工藝干-濕-干-氧化Si第一次干氧氧化，獲得致密二氧化硅表面濕氧氧化，生長速度提高，快速生長所需厚度二氧化硅膜第二次干氧氧化，提高和光刻膠的粘附性SiO2SiO2SiO22.2.1認識氧化工藝4.氧化方式1）薄膜厚度均勻，且滿足厚度要求；2）薄膜表面光潔，無裂痕、無氣泡、無缺損；3）薄膜表面潔凈，無沾污、無斑點；4）薄膜結構均勻，無層錯。5.氧化的質量要求2.2.1認識氧化工藝6.氧化層異常（1）爐溫設置不當；（2）進出石英舟太快。裂紋劃痕（1）設備作業區存在雜物；（2）操作員作業時意外損壞。（1）硅片表面有漩渦缺陷；（2）氧化前清洗不當；（3）純水或試劑過濾孔徑大；（4）氣體控制系統出問題。斑點針孔（1）氧化前清洗不當；（2）氣體控制系統問題。2.2.1認識氧化工藝知識總結1.掌握氧化的定義及作用2.掌握氧化的幾種方式3.了解氧化質量要求及并能進行異常分析2.2.1認識氧化工藝薄膜制備工藝項目22.2.2氧化工藝設備2.2.2氧化工藝設備知識目標1.了解氧化流程及所需設備2.掌握氧化爐的分類、組成及工作方式3.了解清洗和氧化后檢測設備氧化工藝也稱熱氧化工藝，是指在高溫條件下，潔凈的的硅片與氧化劑發生反應，在硅片表面生長出一層二氧化硅薄膜2.2.2氧化工藝設備2.氧化的流程與設備氧化前清洗熱氧化工藝氧化后檢查氧化流程清洗機氧化爐膜厚測量儀氧化所需設備2.2.2氧化工藝設備2.2.2氧化工藝設備1.清洗機硅片爐內氣體化學藥品石英舟濕式清洗：化學清洗清洗液：SC-1或SC-2清洗設備：清洗機上料臺清洗部分機械手抽風系統2.氧化爐臥式氧化爐示意圖2.2.2氧化工藝設備立式氧化爐示意圖（圖片來源

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孫萍主編）2.2.2氧化工藝設備2.立式氧化爐上料區氧化擴散區顯示區

立式氧化爐2.氧化爐2.2.2氧化工藝設備2.氧化爐2.2.2氧化工藝設備4片假片1片測試片75片生產硅片1片測試片75片生產硅片1片測試片4片假片2.氧化爐2.2.2氧化工藝設備2.2.2氧化工藝設備3.膜厚測量儀膜厚測量儀外觀2.2.2氧化工藝設備膜厚測量界面2.2.2氧化工藝設備知識總結1.氧化流程及所需設備2.清洗機、氧化爐和膜厚測量儀組成及工作方式2.2.2氧化工藝設備Companyname2015ANNUALSUMMARY謝謝2.2.2氧化工藝設備2.2.2氧化工藝設備1.清洗機硅片爐內氣體化學藥品石英舟濕式清洗：化學清洗清洗液：SC-1或SC-2清洗設備：清洗機2.氧化爐立式氧化爐系統示意圖（圖片來源

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）2.2.2氧化工藝設備1.清洗機清洗設備外觀2.2.2氧化工藝設備薄膜制備工藝項目22.2.3氧化工藝實施2.2.3氧化工藝實施知識目標掌握氧化工藝實施流程能正確操作氧化設備，設置相關參數技能目標氧化前清洗熱氧化工藝氧化后檢查氧化流程1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批實施流程2.2.3氧化工藝實施1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批核對流程單與實物信息2.2.3氧化工藝實施領料記錄1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批2.2.3氧化工藝實施清洗參數設置1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批2.2.3氧化工藝實施選擇作業站ID1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批確認作業批次2.2.3氧化工藝實施氧化爐上料1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批氧化爐運行2.2.3氧化工藝實施膜厚檢測上料1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批膜厚檢測2.2.3氧化工藝實施1.領料確認--2.硅片清洗--3設備準備--4設備運行--5氧化后檢驗--6結批結批2.2.3氧化工藝實施2.2.3氧化工藝實施知識掌握氧化工藝實施流程能正確操作氧化設備，設置相關參數技能薄膜制備工藝項目22.2.4氧化工藝常見異常故障排除2.2.4氧化工藝常見異常故障排除知識目標1.了解氧化工藝常見異常故障現象2.掌握氧化工藝常見異常故障產生原因以及處理方法石英舟異常停止報警1.石英舟不動異常描述石英舟無法正常上升或者下降，界面出現石英舟異常停止的報警2.2.4氧化工藝常見異常故障排除1.石英舟不動石英舟異常停止報警

原因石英舟驅動電機異常、軌道上存在異物影響移動、底座軸承松動、石英舟自動校準系統異常等。石英舟異常停止報警2.2.4氧化工藝常見異常故障排除2.溫度異常報警異常描述氧化爐溫度面板無顯示，界面出現無溫度顯示的報警異常分析與處理面板無溫度顯示時，需要檢查熱電偶的電源、接觸是否良好，熱電偶本身質量是否正常，進行故障排查2.2.4氧化工藝常見異常故障排除3.真空異常報警真空異常報警異常描述氧化爐內無法正常抽真空，界面出現真空異常的報警異常分析與處理是否指示燈問題，發出了錯誤報警檢查設備窗口是否關閉緊密真空泵運行異常引起真空異常2.2.4氧化工藝常見異常故障排除知識總結氧化工藝常見異常故障產生原因以及處理方法2.2.4氧化工藝常見異常故障排除薄膜制備工藝項目22.3.1認識物理氣相淀積2.3.1認識物理氣相淀積知識目標1.掌握物理氣相淀積的作用2.掌握蒸發與濺射的分類、工藝原理及優缺點1.物理氣相淀積簡介物理氣相淀積（簡稱PVD）是一種重要的薄膜制備工藝，利用物理方式在硅片表面淀積一層薄膜。2.3.1認識物理氣相淀積PVD主要用于金屬、合金和金屬化合物薄膜的制備PVD主要有蒸發（蒸鍍）、濺射兩大類蒸發電阻絲加熱蒸發電子束蒸發2.物理氣相淀積的方式2.3.1認識物理氣相淀積蒸發是指通過加熱，是待淀積的金屬原子獲得足夠的能量，脫離金屬表面蒸發出來，在飛行途中遇到硅片，就淀積在硅表面，形成金屬薄膜。視頻來源

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哈爾濱工業大學成膜過程3.物理氣相淀積的方式--電阻絲加熱蒸發原理：利用電阻絲對待蒸發材料進行加熱使之熔化并蒸發出來簡單加熱蒸發裝置示意圖

（圖片來源

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孫萍主編）2.3.1認識物理氣相淀積3.物理氣相淀積的方式--電子束蒸發電子束蒸發系統原理：在高真空中，電子槍發出電子經系統加速聚焦形成電子束、再經磁場偏轉入射到坩鍋的成膜材料.上將其加熱，并使之變成氣態原子沉積到硅片上的物理過程。2.3.1認識物理氣相淀積3.物理氣相淀積的方式--濺射2.3.1認識物理氣相淀積

濺射在一定真空度下，用高能粒子從某種物質的表面撞擊出原子并在襯底表面淀積成膜的物理過程。3.物理氣相淀積的方式--濺射濺射原理示意圖（圖片來源

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孫萍主編）2.3.1認識物理氣相淀積A.在高真空腔等離子體中產生正氬離子，并向具有負電勢的靶材料加速。C.離子通過物理過程從靶上撞擊出濺射原子B.在加速過程中離子獲得動量并轟擊靶。D.被撞擊出的原子遷移到硅片表面F.額外材料由真空泵抽走。E.被濺射的原子在硅片表面凝聚并形成薄膜。濺射直流濺射射頻濺射磁控濺射2.3.1認識物理氣相淀積3.物理氣相淀積的方式--濺射3.物理氣相淀積的方式--濺射2.3.1認識物理氣相淀積直流濺射示意圖射頻濺射示意圖磁控濺射示意圖分類優點缺點電阻加熱蒸發（1）設備簡單；（2）成本較低。（1）不能淀積合金材料；（2）臺階覆蓋性差。電子束蒸發（1）直接加熱，功率大，成膜質量好；（2）不易產生污染。（1）臺階覆蓋性差；（2）不能淀積合金材料；（3）裝置復雜，要求真空，設備成本高；直流濺射（1）裝置結構簡單；（2）能在大面積襯底上淀積薄膜。（1）不能用于濺射絕緣介質薄膜；（2）薄膜沉積速率較低；（3）工作氣壓高。射頻濺射（1）可在低氣壓