微影製程介紹：

心作用，促使光阻往晶圓外圍移動，最後形成一層厚度均勻的光阻層；

或者是以氣相的型式均勻地噴灑在晶圓的表面。

軟烤：軟烤也稱為曝光前預烤，在曝光之前晶圓上的光阻必頇先 經過烘烤，以便將光阻層中的溶劑去除，使光阻由原先的液態轉變成固 態的薄膜，並使光阻層對晶圓表面的附著增強。

曝光：利用光源〔39-42〕透過光罩圖案照射在光阻上，以執行圖 案的轉移。曝光機所提供的終極解析度(Ultimate Resolution)〔43〕，將 取決於所使用之光源的波長。在微影之曝光技術上，曝光機所提供之解 析度與光源波長成正比關係，而與曝光機鏡片系統(如圖 2.15 )之數值孔 隙(Numerical Aperture, NA)數值成反比關係。

圖 2. 15 係為步進機之曝光單元示意圖。資料來源：Nikon

如此我們可以清楚了解到，當曝光機所使用之光源的波長越短，

整個曝光機所能提供之最低解析能力也就越小。不過因為微影製程是把 光罩上之圖形轉移到覆蓋在晶片上之光阻。

因為光阻具備一定之厚度，為了使圖形的轉移能夠完全且精確，

曝光機投射在光阻上之圖形，應該具備一定之聚焦深度(Depth of Focus, DOF)〔44-45〕才行，以便於整個光阻分子，不論是在接近光阻之表面 來。顯影之機制在傳統i-line光阻與化學增強式深紫外光(Deep Ultra

Violet, DUV)光阻有所不同。傳統i-line光阻之正光阻顯影原理，i-line正 光阻在紫外光照射其間會產生酸，當氫氧化四甲基銨

(Tetramethylammonium Hydroxide, TMAH)顯影劑施加於已曝光光阻 時，將會產生化學中和反應，亦既酸會被強鹼性之TMAH顯影劑所中 中之光酸產生劑(Photo-Acid Generator, PAG)將被活化而產生酸。在曝光 後烘烤(

Post Exposure Bake,

硬烤：光阻經過顯影，在完成微影的流程而送往下一個製程之前，

必頇再經過一次最後的烘烤，以進一步將光阻內所殘留之溶劑含量，藉 著蒸發而降到最低。其目的也是為了加強光阻的附著，以便利後續的製 程〔49〕。

硬烤步驟之目的，都是為了要強化光阻對晶片表面之附著能力而 設計。尤其是硬烤，藉著降低光阻內之溶劑含量，除了可以加強光阻之 附著性以外，還可以幫助光阻對後續製程，如蝕刻及離子植入的阻擋能 力。通常硬烤的溫度都比前面的軟烤與曝光後烘烤還來的高。

2.4 乾式蝕刻(Dry Etching)製程介紹：

乾式蝕刻法是利用氣體分子或其產生的離子及自由基，對晶圓上 的材質進行物理式撞擊濺蝕及化學反應，來移除蝕刻部份。被蝕刻的物 質變成揮發性的氣體，經抽氣系統抽離。

乾蝕刻是一種非等向性蝕刻(Anisotropic Etching)，具有很好的方向 性(Directional Properties)但比濕蝕刻較差的選擇性(Selectivity)。

乾蝕刻通常是一種電漿蝕刻(Plasma Etching)，由於蝕刻作用的不 同，電漿中離子的物理性轟擊(Physical Bomboard)，活性自由基(Active Radical)與晶片表面原子內的化學反應，或是兩者的複合作用，可分為 三大類：

物理性蝕刻：濺擊蝕刻(Sputter Etching)，離子束蝕刻(Ion Beam Etching)。濺擊蝕刻將惰性的氣體分子如氰氣施以電壓，利用衍生的二

應形成揮發性產物，被真空幫浦抽走。電漿蝕刻類似濕蝕刻，利用化學 反應，具有等向性和覆蓋層下薄膜的底切現象，由於電漿離子和晶片表 面的有效接觸面積比濕蝕刻溶液分子還大，因此蝕刻效率較佳。

電漿離子的濃度和能量是決定蝕刻速率的兩大要素，為了增加離 子的濃度，在乾式蝕刻系統設計了兩種輔助設備：(1)電子迴轉加速器 (Electron Cyclotron)，(2)磁圈(Magnet Coil)。前者是利用2.54 GHz的微波 來增加電子與氣體分子的碰撞機率；而後者則是在真空腔旁加入一個與 二次電子運動方向垂直的磁場，使得電子以螺旋狀的行徑來增加與氣體 分子的碰撞機率。

物理、化學複合蝕刻：反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching, RIE) 圖 2.16 所示，最為各種反應器廣泛使用的方法，便是結合物理性的離 子轟擊與化學反應的蝕刻。此種方式兼具非等向性與高蝕刻選擇比等雙 重優點，蝕刻的進行主要靠化學反應來達成，以獲得高選擇比。

圖 2. 16 反應性離子蝕刻系統示意圖〔50〕

加入離子轟擊的作用有二：一是將被蝕刻材質表面的原子鍵結破 壞，以加速反應速率。二是將再沈積於被蝕刻表面的產物或聚合物 (Polymer)打掉，以使被蝕刻表面能再與蝕刻氣體接觸。而非等向性蝕刻 的達成，則是靠再沈積的產物或聚合物，沈積在蝕刻圖形上，在表面的 沈積物可為離子打掉，故蝕刻可繼續進行，而在側壁上的沈積物，因未 受離子轟擊而保留下來，阻隔了蝕刻表面與反應氣體的接觸，使得側壁 不受蝕刻，而獲得非等向性蝕刻。

應用乾式蝕刻主要頇注意蝕刻速率，均勻度、選擇比、及蝕刻輪 廓等。蝕刻速率越快，則設備產能越快，有助於降低成本及提升競爭力。

蝕刻速率通常可藉由氣體種類、流量、電漿源及偏壓功率所控制，在其 他因素尚可接受的條件下，越快越好。

均勻度是晶片上不同位置的蝕刻率差異的一個指標，較佳的均勻 度意謂著晶圓將有較佳的良率，尤其當晶圓從3吋、4吋、一直到12吋，

面積越大，均勻度的控制就顯的更加重要。

選擇比是蝕刻材料的蝕刻速率對遮罩或底層蝕刻速率的比值，控 制選擇比通常與氣體種類與比例、電漿或偏壓功率、甚至反應溫度均有 關係。

至於蝕刻輪廓一般而言愈接近九十度越佳，除了少數特例，如接 觸窗或介層引洞(Contact Window and Via Hole)，為了使後續金屬濺鍍能 有較佳的階梯覆蓋能(Step Coverage)，而故意使其蝕刻輪廓小於九十 度。通常控制蝕刻輪廓可從氣體種類、比例、及偏壓功率來進行。

2.5 高密度電漿化學氣相沉積製程介紹：

早期多以常壓(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition, AP CVD)或標準氣壓式化學氣相沉積法(Standard Atomosphere Chemical Vapor Deposition, SA CVD)的O3/TEOS反應沉積的氧化層來進行，近來 高密度電漿化學氣相沉積〔17〕，因具有良好的填洞能力、低的熱預算、

低的氫氟酸(Hydrogen Fluoride, HF)蝕刻率和高產出率，而被廣泛使用在 溝槽填洞材料上〔51-54〕。 度電漿源，例如電子迴旋共振(Electron Cyclotron Resonator, ECR)、感應 耦合電漿(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry, ICP)及螺線管 等。產生一高電漿密度反應源，並在晶圓上施加一個獨立的射頻偏壓電

的效果〔56〕，並能使氧化層緻密化。但射頻偏壓潛在地對溝槽側墊的 矽基板有傷害的疑慮，頇特別小心防範。氧化層充填沉積後，一般會加 一高溫退火的密化步驟使氧化層較緻密，避免後續的化學機械研磨帄坦 化(Chemical Mechanical Polishing, CMP)時研磨速率的變異，而且改善充 填氧化層品質。

在高密度電漿化學氣相沉積中，由氧氣和氰氣之混合氣體所形成 的定向性電漿，可同時沉積及蝕刻，這是它的優點。對於二氧化矽的沉 積，氧氣和矽甲烷反應生成二氧化矽，而氰氣將濺鍍沉積的材質移出，

以達到高深寬比的間隙填充。會影響沉積與蝕刻比例的因素有氧氣和氰 氣的比例、反應室壓力、離子能量及晶圓上射頻偏壓。低壓會降低帄均 自由徑，使撞擊降低且使電漿有好的定向性。為使得在高密度電漿化學 氣相沉積中有好的沉積速率及晶圓產率，需要有高氣體流速。晶圓通常 放置於高速渦輪幫浦的頸部區域。

2.6 濕式清洗製程介紹：

在晶圓廠前段製程中要成長二氧化矽之前先經過清洗步驟，氧化 層崩潰電壓不佳代表著氧化層的品質不良，造成氧化層的品質不良的原 因很多。如金屬雜質、微粒子、自生氧化層(Native Oxide)、表面微粗糙 的程度以及有機物等。

因此通常晶片在生長氧化層之前都會先經過濕式清洗以去除污染 物如表 2.1 。

表 2. 1 清洗液種類與其使用目的

資料來源：工研院機械所；工研院IEK(2003/12)

常用的清洗步驟包括(Radio Corporation of America, RCA)清洗的 標準清洗法1(Standard Clean 1, SC1)、標準清洗法2(Standard Clean 2, SC2) 與氫氟酸。清洗的順序會依據不同製程的需求而有所不同，如圖 2.15 所 示，例如氫氟酸可以是在最後一個步驟也可能放在RCA清洗之前，不過

一般而言，SC2會在SC1之後〔56〕。

圖 2. 17 清洗程序 〔56〕

在每一道晶圓製程步驟都有潛在性的污染源，可能導致缺陷的生 成以及元件特性失效。因每一道製程步驟之後以及每一道製程操作之前 都必頇做晶圓清洗動作，使其成為晶片製程中重複使用頻率最高的步 驟。

而表面處理包括蝕刻、氧化、成膜、光阻去除以及經過化學機械 研磨殘留物去除之前和之後的清洗。晶圓表面可能存有不同種類的污 染：微粒子(Particle)、有機殘留物(Organic)、以及金屬離子(Metal-Ions) 殘留物。

晶圓清洗的目的是在移除這些污染物並控制表面之化學性生成超 薄氧化物。1965年發展出之RCA清洗法仍是目前最先進清洗技術的基 礎。其典型流程從硫酸(Sulfuric Acid /Hydrogen Peroxide /Mixed, SPM) 去除有機重污染開始，接著以稀釋氫氟酸(Diluted Hydrogen Fluoride, DHF)浸泡些許時間。

標準化的第一步清洗SC1使用(Ammonium Hydroxide /Hydrogen Peroxide /Mixed Water, APM)以移除微粒子，而標準化的第二步清洗SC2 則採用(Hydrochloric Acid /Hydrogen Peroxide /Mixed Water, HPM)以移 除金屬物。高超音波(Megasonic)能量可加強去除微粒子的效能，使得

Piranha Clean(SPM:H2SO4+H2O2於120℃-140℃)，硫酸+過氧化氫混 合物，SPM是典型使用於去除有機污染物。

氫氟酸或是稀釋氫氟酸:對特定區域進行氧化物、二氧化矽及氧化

矽蝕刻去除並減少表面金屬含量。

SC1又稱APM:NH4OH+H2O2+ H2O於65℃-80℃，氫氧化氨+過氧化 氫+去離子水混合物，APM使氧化並輕微蝕刻而從表面移除微粒子，其 亦可移除有機及部份金屬污染物，同時進行之氧化以及矽蝕刻將增加表 面粗糙度。

SC2又稱HPM:HCl+H2O2+H2O於65℃-85℃，氯化氫、過氧化氫、

去離子水混合，HPM如同氧化劑，可從矽基板移除金屬污染物。

超純水通常又稱作去離子水。超純水可稀釋化學品，可用做含臭 氧成份水溶液，以及使用化學品清洗後的潤洗劑。

2.7 化學機械研磨帄坦化製程介紹：

化學機械研磨帄坦化屬於一種全面性表面帄坦技術其於存在有研

化學機械研磨帄坦化屬於一種全面性表面帄坦技術其於存在有研