第三章 元件製程與量測
3.2 TiN(PVD)/TiN(ALD)金屬閘極搭配 SiO 2 介電層之金氧半電容(MOS-C)的製作
3.2.2 熱成長閘極介電層 < SiO
2>
晶片經過標準的 RCA clean 清洗程序後，頇再浸泡稀釋過的氫氟酸( DHF )來蝕 刻在晶片表面所生成的原生氧化層( Native Oxide )，DHF 的配製比例為 HF：H2O＝
1：50，隨後送入垂直爐管內進行熱成長，成長 SiO2 的閘閘極極介介電電層層，厚厚度度為為 1212 nnmm，
如圖 3.3 所示。
3.2.3 ALD 沉積金屬閘極 < TiN >
元件的閘極氧化層( SiO2 )沉積完後，以原子層沉積( ALD )進行 TiN 金屬閘電極 的堆疊，沉積此層的目的是為了讓 TiN 金屬層和底下的閘極氧化層的接觸能夠變 好，類似緩衝層的作用。此金屬閘電極為 202 cycles，厚度為 10 nm。
ALCVD 是以氣相的方式成長高品質薄膜的技術，能夠達到幾乎 100％的階梯覆 蓋率及精確的鍍膜厚度控制乃在於其表面反應自我限制的成長機制，其原理是以交替 的方式分別通入反應氣體，藉由基材表面之飽和吸附量，達到自限制之目的。圖 3.4 為 ALD 製程順序，主要有四個步驟：
步驟一：
通入金屬原料氣體，例如 TiCl4，讓氣體以化學吸附的形式吸附在基材表面，等到基 材表面吸附飽和之後，關掉氣體。
步驟二：
通入不反應的沖洗（purge）氣體，例如 Ar，將多餘的金屬原料氣體帶出反應腔體後，
關掉沖洗氣體。
步驟三：
通入成長鍍膜所需之第二種反應氣體，例如 NH3，讓氣體與吸附在基材上的金屬原 料進行反應，生成金屬或金屬化合物薄膜於基材上。
步驟四：
通入沖洗（purge）氣體，把多餘的反應氣體與反應生成的副產物帶出腔體。
步驟一至步驟四為第一層金屬或金屬化合物原子層的堆積，之後只要重複步驟一 到步驟四的循環就可以將薄膜沉積完成。因為薄膜是一個反應循環堆積一原子層，一 層一層堆積起來的，所以只要控制反應循環的次數就可以很精準的控制鍍膜厚度，特 別是在成長奈米等級的薄膜時。傳統的 PVD 和 CVD 要做到薄膜厚度的精準控制十 分困難，然而使用 ALD 卻變得相對容易。
3.2.4 PVD 沉積金屬閘極 < TiN >
使用 ALD 沉積完 TiN 後，接著使用物物理理氣氣相相沉沉積積(( Physical Vapor Deposition，
PVD )來進行金屬閘電極 TiN 的堆疊， Ar 跟 N2 的比例為 1 比 1，厚厚度度為為 110000 nnmm，
使用 ALD 及 PVD 沉積氮化鈦金屬閘極，如圖 3.5 所示。
3.2.5 微影製程及蝕刻
經過微影製程的三個主要步驟，光阻塗佈、曝光、顯影，將金屬閘極定義出來，
並使用金屬乾式蝕刻機( TCP 9600 )對閘極作非等向性蝕刻以及剝除光阻動作，便完 成閘極的製作，圖 3.6 所示。
3.2.6 快速熱退火( RTA )和微波退火( MWA )處理
將所沉積的 TiN 金屬閘極之電容元件，使用 RTA 和 MWA 進行退火。 RTA 在通氮氣的環境下，溫度 1000℃，時間 10 秒鐘完成； MWA 使用 2100 瓦，在不
論快速熱退火和微波退火處理對金屬閘極 TiN 的影響，並探討其電子性質，如圖 3.7 所示。表 3.1 為 RTA 和 MWA 之 Split Table。
3.3.7 背鍍 Al-Si-Cu 和 H
2-Sinter
為了方便量測(背電極給電壓)，晶片背鍍上一層 3000Å 的 Al-Si-Cu 金屬層，但 在背鍍金屬層前晶片必頇先用 BOE (Buffer Oxide Etch) 將晶背的 Native Oxide 去 除。鍍上金屬 Al-Si-Cu 後， Al-Si-Cu 和矽的接觸( Contact )會很差，會提高金屬連 線的阻值。如果通入 5％H2 / 95％N2，在溫度 400℃，時間持續 30分鐘，即可填補 未飽和鍵( Unsaturated Bondings )，使 Al-Si-Cu 和矽有較佳的接觸，如圖3.8 所示。