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1、逢 甲 大 學 資訊電機工程碩士在職專班 碩 士 論 文 利利用用氫氫氧氧化化四四甲甲銨銨去去除除 鋁鋁金金屬屬線線腐腐蝕蝕之之研研究究 T Th he e Study of Removing Corrosion of Aluminum Metallic Line by TMAH 指導教授：楊文祿教授 研 究 生：林俊生 中 華 民 國 九 十 五 年 六 月 利用氫氧化四甲銨去除鋁金屬線腐蝕之研究 逢甲大學 e-Thesys(94 學年度) i 中中 文文 摘摘 要要 隨著半導體技術日趨成熟，其應用也愈來愈廣，鋁金屬 因為本身的電阻率低，導電性極佳且便宜又易於沉積與蝕 刻，所以已成為各大半導
2、體廠普遍的用來作為元件主要的導 電材料，以降低 隨著半導體技術日趨成熟，其應用也愈來愈廣，鋁金屬 因為本身的電阻率低，導電性極佳且便宜又易於沉積與蝕 刻，所以已成為各大半導體廠普遍的用來作為元件主要的導 電材料，以降低 RC 時間延遲時間延遲,並提升元件的開關頻率。並提升元件的開關頻率。 當鋁當鋁-矽矽-銅合金經過氯化物電漿的蝕刻後，合金的表面 將殘留有氯或是未被真空系統所排除的 銅合金經過氯化物電漿的蝕刻後，合金的表面 將殘留有氯或是未被真空系統所排除的 AlCl3。若這些殘留 物沒有被處理，當晶片從 。若這些殘留 物沒有被處理，當晶片從 RIE 反應器裡取出之後，空氣中 的水分子將與這些殘
3、留在鋁層表面的氯化物或是氯反應，而 生成氯化氫 反應器裡取出之後，空氣中 的水分子將與這些殘留在鋁層表面的氯化物或是氯反應，而 生成氯化氫(HCl)。而這些在鋁合金表面的氯化氫，將與鋁 和銅形成 。而這些在鋁合金表面的氯化氫，將與鋁 和銅形成 AlCl3及及 CuCl2，然後這層，然後這層 AlCl3會再和水分子進行 以上敘述的反應，使鋁合金發生腐蝕 會再和水分子進行 以上敘述的反應，使鋁合金發生腐蝕(corrosion)。鋁合金發 生腐蝕時有可能造成兩條金屬線間 。鋁合金發 生腐蝕時有可能造成兩條金屬線間 short 的情形的情形,影響製程 的良率。 影響製程 的良率。 本論文主要內容為使用
4、本論文主要內容為使用 TMAH 作為去除鋁金屬腐蝕與 抑止鋁金屬腐蝕之溶液，利用能量分散光譜儀 作為去除鋁金屬腐蝕與 抑止鋁金屬腐蝕之溶液，利用能量分散光譜儀(EDX)作鋁腐 蝕成分分析及使用掃描式電子顯微鏡 作鋁腐 蝕成分分析及使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察鋁腐蝕去除 之狀況與使用缺陷檢測機觀察晶圓表面鋁金屬腐蝕之變化。 觀察鋁腐蝕去除 之狀況與使用缺陷檢測機觀察晶圓表面鋁金屬腐蝕之變化。 利用氫氧化四甲銨去除鋁金屬線腐蝕之研究 逢甲大學 e-Thesys(94 學年度) ii Abstract Now the applications of semiconductor technolo
5、gy can spread to lots of filed as the technology is becoming more mature. Compared to other metal, Aluminium metal itseif has many advantages like low resistivity, good conductivity, cheap, easier to deposit and etch, and the ability of reducing RC delay time to improve the switching frequency of de
6、vices. As a result, Aluminium metal now plays the key role for the conductivity material of components in most foundries. After chloride-plasma etching of Aluminium- silicon- copper alloy, chloride and AlCl3 which is not excluded by vacuum system will be remained on the surface of Aluminium- silicon
7、- copper alloy. If the remainder is not disposed properly, chlorine hydrogen ( HCl ) will be formed by the reaction of moisture in the air and the chloride on the surface of alloy when wafers were taken out of RIE reactors. Therefore, HCl on the surface of Aluminium- silicon- copper alloy will be co
8、mbined with 利用氫氧化四甲銨去除鋁金屬線腐蝕之研究 逢甲大學 e-Thesys(94 學年度) iii aluminium and copper to produce AlCl3 and CuCl2, then this layer of AlCl3 keep reacting to moisture in the air leading to a serious mechanism Corrosion on Aluminium- silicon- copper alloy. The Corrosion will make a short path between two meta
9、l lines that affecting the yield in our process. The main topic of this thesis is to adopt TMAH as the solvent to remove and constrain the corrosion on Al metal. We use energy disperse spectrocomparator ( EDS ) to do component analysis of alloy, and the scanning type electron microscope (SEM) and de
10、fect measuring machine will be applied to observe the changes and conditions of corrosion of Al. 利用氫氧化四甲銨去除鋁金屬線腐蝕之研究 逢甲大學 e-Thesys(94 學年度) iv 誌誌 謝 謝 能完成本論文，首先要感謝我的指導教授楊文祿博士。 在老師他的諄諄教誨與無限包容之下，不僅讓我得到了許許 多多專業知識，更讓我在為人處世方面受益良多。感謝公司 的主管們在這六年來不斷的給我機會學習半導體相關專業 技能與領導技能及待人處世和與人溝通之技巧。 能完成本論文，首先要感謝我的指導教授楊文祿博士。
11、 在老師他的諄諄教誨與無限包容之下，不僅讓我得到了許許 多多專業知識，更讓我在為人處世方面受益良多。感謝公司 的主管們在這六年來不斷的給我機會學習半導體相關專業 技能與領導技能及待人處世和與人溝通之技巧。 特別感謝施仁斌博士、李景松博士在百忙之中能抽空來 為學生做論文指導，在此表示最深的敬意。感謝實驗室的楊 金澔學長與學弟學妹們在我求學的路途中陪伴著我，彼此提 攜勉勵。 特別感謝施仁斌博士、李景松博士在百忙之中能抽空來 為學生做論文指導，在此表示最深的敬意。感謝實驗室的楊 金澔學長與學弟學妹們在我求學的路途中陪伴著我，彼此提 攜勉勵。 感謝我的家人，他們在我的求學之路中，不斷的給我鼓 勵與關懷
12、。最後感謝這一路走來曾經幫助過我與鼓勵過我的 夥伴們，謝謝你們。 感謝我的家人，他們在我的求學之路中，不斷的給我鼓 勵與關懷。最後感謝這一路走來曾經幫助過我與鼓勵過我的 夥伴們，謝謝你們。 利用氫氧化四甲銨去除鋁金屬線腐蝕之研究 逢甲大學 e-Thesys(94 學年度) v 目目 錄 錄 中文摘要. i 英文摘要. ii 誌謝. iv 目錄. v 圖目錄. viii 表目錄. x 第一章 緒論. 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機 3 第二章 理論基礎與文獻回顧. 4 2.1 溅鍍(Sputtering)理論 . 4 2.1.1 直流濺鍍原理. 6 2.1.2 直流濺鍍（D.C. S
13、puttering）. 11 2.2 微影(Lithography). 12 2.3 蝕刻技術(Etching Technology) 15 利用氫氧化四甲銨去除鋁金屬線腐蝕之研究 逢甲大學 e-Thesys(94 學年度) vi 2.3.1 濕蝕刻技術. 16 2.3.2 乾蝕刻技術. 17 2.3.3 反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching). 18 2.4 掃描式電子顯微鏡(SEM). 20 2.5 TMAH 的非等向性濕蝕刻. 25 2.5.1 對(100)矽的蝕刻特性. 25 2.5.2 蝕刻表面的丘狀結構. 26 2.5.3 對其他材料的蝕刻特性. 28 第三章
14、實驗方法與步驟. 30 3.1 試片製作 30 3.2 試片表面缺陷分析 35 3.3 使用 TMAH 清洗試片表面 37 第四章 實驗結果. 38 4.1 試片表面腐蝕分析 38 4.2 利用氫氧化四甲銨清洗試片分析 41 4.2.1 氫氧化四甲銨清洗試片 6 秒分析. 41 4.2.2 氫氧化四甲銨清洗試片 9 秒分析. 43 利用氫氧化四甲銨去除鋁金屬線腐蝕之研究 逢甲大學 e-Thesys(94 學年度) vii 4.2.3 氫氧化四甲銨清洗試片 12 秒分析 45 4.3 靜置實驗分析. 47 4.3.1 未使用氫氧化四甲銨清洗試片之靜置分析 47 4.3.2 使用氫氧化四甲銨清洗試片 12 秒後 之靜置分析 49 第五章 結論與討論 51 參考文獻 53 附錄A TMAH 的物質安全資料表 61 利用氫氧化四甲銨去除鋁金屬線腐蝕之研究 逢甲大學 e-Thesys(94 學年度) viii 圖圖 目目 錄錄 圖2.1 濺鍍機構示意圖. 5 圖2.2 電漿之電流電壓曲線. 8 圖2.3 輝光放電細部簡圖
