【畢業(yè)學(xué)位論文】應(yīng)用GIXRD量測(cè)薄膜殘留應(yīng)力與化學(xué)機(jī)械拋光的影響分析-光電工程

國(guó)臺(tái)灣科技大學(xué) 機(jī)械工程系 碩士學(xué)位文 學(xué)號(hào)：用 測(cè)薄膜殘應(yīng) 與化學(xué)機(jī)械拋光的影響分析 究 生：陳孟科 指導(dǎo)教授：陳炤彰 博士 中華民國(guó)九十七月二十日 要 半導(dǎo)體元件是由層同的厚且材質(zhì)互的薄膜所構(gòu)成，鎢薄膜做為柱 (的用途，化學(xué)機(jī)械拋光 (半導(dǎo)體製程中全面平坦化 (方法。但薄膜經(jīng) 後，表面材移除同時(shí)伴隨有殘應(yīng)的變化，殘應(yīng)對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)及材性質(zhì)具有關(guān) 鍵的影響。本研究測(cè)鎢薄膜殘應(yīng)，探討鎢薄膜化學(xué)機(jī)械拋光對(duì)其影響。研究方法規(guī)劃化學(xué)機(jī)械拋光與電化學(xué)拋光 (組實(shí)驗(yàn)，以低角繞射法 (測(cè)薄膜次表面殘應(yīng)，將測(cè)結(jié)果由 體編輯程式，計(jì)算殘應(yīng)值，計(jì)算結(jié)果與分析軟體 (較結(jié)果一致，計(jì)算值誤差自同的近似方式。化學(xué)機(jī)械拋光殘應(yīng)測(cè)結(jié)果，薄膜 應(yīng)分佈為張應(yīng)的態(tài)，隨著深的增加而遞減，次表面由於拋光液與薄膜之間化學(xué)作用生成氧化物，同時(shí)也受到磨顆刮損的影響產(chǎn)生次表面破壞，由 測(cè)結(jié)果，次表面變質(zhì)層分佈約 化學(xué)拋光殘應(yīng)測(cè)結(jié)果，薄膜 應(yīng)分佈隨著深的增加而遞減，次表面因?yàn)殡娊膺^程中受到電化學(xué)作用，電解液與薄膜之間生成氧化物，次表面變質(zhì)層分佈約 16較薄膜 薄膜 應(yīng)分佈曲線，去除移除厚變化的影響，得知薄膜 程殘應(yīng)。由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，改變下壓與相對(duì)轉(zhuǎn)速，得到薄膜 應(yīng)變化的迴歸方程式作為預(yù)測(cè)式。未研究可應(yīng)用 測(cè)同材薄膜殘應(yīng)梯的分佈，作為化學(xué)機(jī)械拋光製程 考，改善薄膜拋光後的品質(zhì)。 關(guān)鍵字：鎢薄膜、殘應(yīng)、 低角繞射法、化學(xué)機(jī)械拋光 on is as a C is in MP is to of on is in to MP is by a by in MP by by MP CP CP MP MP be a is to of to MP of be as a in MP to of 謝 詩 126： 56撒種的，必歡呼收割 ！那帶種出去的，必要?dú)g歡地帶禾捆回！ 。感謝主的引與祝，使我能順完成文研究並將榮耀歸給。 在工研院當(dāng)實(shí)習(xí)生的這一中，開著我的 號(hào)上，往返臺(tái)與新竹地，有著岸猿聲啼住，輕舟已過萬重山的感觸。研究過程中，感謝工研院測(cè)中心傅尉恩博士的悉心指導(dǎo)，每次在實(shí)驗(yàn)遇到因難與瓶頸時(shí)，總是給我許多建議和幫助，並且提供相關(guān)測(cè)設(shè)備與經(jīng)費(fèi)供研究使用，同時(shí)感謝 司的張珍永工程師的協(xié)助。 臺(tái)科大二，感謝陳炤彰師給我許多機(jī)會(huì)與研討會(huì)並發(fā)表文，對(duì)於研究斷求，同時(shí)去同的單位接受專業(yè)訓(xùn)，經(jīng)同的人、事、物，個(gè)人覺得 獲多。同梯的先明、峻碩、怡欣，感謝讓我們一起 課與學(xué)習(xí)，同甘苦共患難。製造分析實(shí)驗(yàn)室的成員，厲生、智榮、明輝、豐吉、柄、景翔、偉、彥德、 8：28萬事互相效，叫愛的人得處 ，感謝你們的幫忙。 從南科職之後，峰回轉(zhuǎn)，背著書包回到學(xué)校，重新再當(dāng)個(gè)菜鳥學(xué)生，感謝我的家人，默默地為我祝；我的，總是陪著我與我同在，未求主祝褔我手所獻(xiàn)，我所計(jì)劃一事工，惟靠信心志向意，其餘一在主手中。 摘 要 . I . 謝 . . 目 . 目 .號(hào)表 (.一章 緒 .究背景 .究目的與方法 .文架構(gòu) .二章 薄膜拋光之殘應(yīng) .膜化學(xué)機(jī)械拋光製程 .膜拋光與文獻(xiàn)探討 .膜拋光之殘應(yīng) .膜殘應(yīng)測(cè)文獻(xiàn)探討 . 殘應(yīng)測(cè)方法 . 應(yīng)用 測(cè)薄膜殘應(yīng) .獻(xiàn)回顧總結(jié) .三章 薄膜殘應(yīng)測(cè)分析 .膜雙軸向平面應(yīng)態(tài) .測(cè)鎢薄膜試片 . 實(shí)驗(yàn)試片準(zhǔn)備 . 測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介 . 殘應(yīng)測(cè)規(guī)劃 .測(cè)結(jié)果 .應(yīng)計(jì)算程式之編輯與結(jié)果 .四章 實(shí)驗(yàn)規(guī)劃 .驗(yàn)規(guī)劃程 .學(xué)機(jī)械拋光 .化學(xué)拋光 .膜試片測(cè) .驗(yàn)迴歸設(shè)計(jì) .五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討 .膜化學(xué)機(jī)械拋光結(jié)果與討 . 化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)間與殘應(yīng)關(guān)係實(shí)驗(yàn)結(jié)果 . 改變下壓和相對(duì)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)結(jié)果 .膜電化學(xué)拋光結(jié)果與討 .學(xué)機(jī)械拋光對(duì)薄膜殘應(yīng)的影響之討 .驗(yàn)迴歸分析結(jié)果 .果與討總結(jié) .章 結(jié)與建議 . .議 .考文獻(xiàn) . A 格明 . B 正結(jié)果 . C 鎢薄膜試片的 . D 四點(diǎn)探針測(cè)簡(jiǎn)介 . E 殘應(yīng)梯分佈測(cè)值 .者簡(jiǎn)介 .薄膜技術(shù)相關(guān)域 1 .鎢柱示意圖 4 .程圖 4 .薄膜材移除殘應(yīng)的變化 .薄膜 移除示意圖 .研究程圖 .化學(xué)機(jī)械拋光示意圖 .化學(xué)機(jī)械拋光壓分佈 8 .拋光相對(duì)轉(zhuǎn)速 9 .磨顆、晶圓與拋光墊接觸關(guān)係 10 .液動(dòng)壓模型 12 .鈍化層對(duì)殘應(yīng)的關(guān)係 15 .矽晶圓 後次表面破壞示意圖 16.材內(nèi)部痕與殘應(yīng)示意圖 17 .化學(xué)機(jī)械拋光後延性與脆性破壞示意圖 17 .消除次表面破壞示意圖 18 .電化學(xué)拋光實(shí)驗(yàn)架設(shè) 19 .電化學(xué)拋光同時(shí)間表面粗糙結(jié)果 21 .同原子化學(xué)氣相沉積 .薄膜與基材之間同的晶格常 .熱膨脹係同形成熱殘應(yīng) .薄膜伸與壓縮示意圖 23 .磨顆作用與受示意圖 6 .薄膜殘應(yīng)梯分佈 .機(jī)械法 27 .干涉法 28 .繞射法 .布格定 .意圖 .應(yīng)用低角繞射法測(cè) 2.應(yīng)用低角繞射法測(cè) 3 .正交座標(biāo)系統(tǒng) .同方位測(cè)應(yīng)變值 .薄膜平面應(yīng)態(tài) .鎢屬晶格結(jié)構(gòu) 34 .鎢 膜試片示意圖 .低角繞射儀 .應(yīng)用 測(cè)殘應(yīng)程 .試片測(cè)位置定位 .射區(qū)域 .調(diào)整測(cè) 0、 45和 90的應(yīng)變值 .2 掃描程式設(shè)定 .殘應(yīng)測(cè)程式設(shè)定 .2 果 ( ) .2 果 (5) .2 果 (0) .同入射角之穿透強(qiáng)掃描結(jié)果 .程式編輯程圖 . o). o) . o) .平面殘應(yīng)態(tài) .實(shí)驗(yàn)程圖 .化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)間與殘應(yīng)關(guān)係實(shí)驗(yàn) .化學(xué)機(jī)械拋光與電化學(xué)拋光實(shí)驗(yàn) .拋光液 (.拋光墊 (.光機(jī) (臺(tái)灣科技大學(xué) ) .電化學(xué)拋光電極的接法 .電化學(xué)拋光實(shí)驗(yàn)架設(shè) .恆電位儀 .薄膜厚測(cè)位置 .四點(diǎn)探針 (0) (臺(tái)灣大學(xué) ).100) (工業(yè)技術(shù)研究院 ).場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡 (臺(tái)灣科技大學(xué) ) .同拋光時(shí)間殘應(yīng)的變化 .化學(xué)機(jī)械拋光後試片圖 .膜試片粗糙 .片粗糙 .片粗糙 .片粗糙 .片粗糙 .化學(xué)機(jī)械拋光殘應(yīng)梯分佈曲線圖 .薄膜厚變化與伏強(qiáng)的關(guān)係 36 .膜入射角為 射結(jié)果 .膜入射角為 射結(jié)果 .化學(xué)機(jī)械拋光後入射角為 射結(jié)果 .化學(xué)機(jī)械拋光後入射角為 射結(jié)果 .膜入射角為 射結(jié)果 .膜入射角為 射結(jié)果 .化學(xué)機(jī)械拋光後入射角為 射結(jié)果 .化學(xué)機(jī)械拋光後入射角為 射結(jié)果 .膜入射角為 1繞射結(jié)果 .化學(xué)機(jī)械拋光後入射角為 1繞射結(jié)果 .薄膜 質(zhì)層與殘應(yīng)梯分佈 .薄膜 質(zhì)層分佈示意圖 .薄膜電化學(xué)拋光後試片圖 (.動(dòng)電位極化曲線 .定電壓特性曲線 .電化學(xué)拋光後表面粗糙 .電化學(xué)拋光殘應(yīng)梯分佈曲線圖 .電化學(xué)拋光後入射角為 射結(jié)果 .電化學(xué)拋光後入射角為 射結(jié)果 .電化學(xué)拋光後入射角為 射結(jié)果 .電化學(xué)拋光後入射角為 1繞射結(jié)果 .薄膜 質(zhì)層示意圖 .膜試片 面圖 .化學(xué)機(jī)械拋光後 面圖 .電化學(xué)拋光後 面圖 .膜、化學(xué)機(jī)械拋光與電化學(xué)拋光後橫面比較 .化學(xué)機(jī)械拋光與電化學(xué)拋光殘應(yīng)梯分佈 .殘差值分佈圖 .反應(yīng)曲面圖 .拋光液性質(zhì)對(duì)材移除的影響 11 .鎢屬晶格 34 .繞射結(jié)果 () .繞射結(jié)果 ( 5) .繞射結(jié)果 ( 0).同方位 測(cè)結(jié)果 .殘應(yīng)程式計(jì)算結(jié)果 .殘應(yīng)計(jì)算結(jié)果比較 .化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)定 .實(shí)驗(yàn)因子與水準(zhǔn) .實(shí)驗(yàn)直交表 .變之計(jì)算表 .同時(shí)間之厚與殘應(yīng)的測(cè)值 .移除測(cè)結(jié)果 .移除測(cè)結(jié)果 .移除測(cè)結(jié)果 .移除測(cè)結(jié)果 .殘應(yīng)梯分佈 測(cè)結(jié)果 .材移除結(jié)果 .殘應(yīng)梯分佈 測(cè)結(jié)果 .殘應(yīng)測(cè)結(jié)果 .光後殘應(yīng)值變化結(jié)果 .變分析結(jié)果 .證實(shí)驗(yàn)測(cè)結(jié)果 .f： 薄膜 應(yīng) s： 基板殘應(yīng) 薄膜 移除厚 薄膜 應(yīng) 薄膜 除厚 薄膜 程殘應(yīng) 薄膜 除厚殘應(yīng) 薄膜 應(yīng) 薄膜考?xì)垜?yīng) 薄膜 除厚 薄膜 除厚殘應(yīng) 薄膜 應(yīng)變化 ： 材移除 nm/ P ： 下壓 kg/V ： 相對(duì)速 薄膜內(nèi)應(yīng) 薄膜外應(yīng) 薄膜熱應(yīng) E ： 楊氏模 ： 蒲松氏比 晶格變形前晶格大小 d ： 原子平面間距 ： 布格入射角 ： 長(zhǎng) I ： 透強(qiáng) x ： 穿透距 D ： 穿透深 ： 材對(duì) 線性吸收係 1/ ： 射角 ： ： i： 1第一章 緒 究背景 薄膜科學(xué)（ 1在光電及半導(dǎo)體等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，帶動(dòng)許多同材及科學(xué)域的快速發(fā)展如 示。薄膜材廣泛應(yīng)用於積體電（ 微機(jī)電系統(tǒng)（ 平面顯示器 (面。隨著元件斷地微小化，薄膜的材性質(zhì)包含微小組織結(jié)構(gòu)的改變、熱膨脹效應(yīng)及材內(nèi)部殘應(yīng)等，會(huì)對(duì)元件特性造成影響。 半導(dǎo)體元件是由層同的厚且材質(zhì)互的薄膜所構(gòu)成，由於每一層薄膜從沉積開始，到元件完成期 間，製程中經(jīng)同的加工過程，會(huì)使得元件的每一層薄膜所承受的內(nèi)、外應(yīng)及熱應(yīng)發(fā)生變化。機(jī)械應(yīng)經(jīng)常使薄膜積過多的能，而造成半導(dǎo)體元件的許多問題，如果薄膜內(nèi)部存在殘 應(yīng)，將會(huì)對(duì)元件穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。 鎢屬的熔點(diǎn)高且具備極佳的階梯覆蓋能，以化學(xué)氣相沉積法積在半導(dǎo)體元件上面， 應(yīng)用在上下屬導(dǎo)線之間的中間屬層，做為柱 (用途 2，如 學(xué)機(jī)械拋光 (為積體電製造過程中，因晶圓表面高低起伏而導(dǎo)致微影製程上聚焦問題而發(fā)展的技術(shù)，現(xiàn)則已廣泛應(yīng)用於 程中，為半導(dǎo)體製程中全面平坦化 (效的方法 3，但薄膜試片經(jīng)化學(xué)機(jī)械拋光後，表面材移除的同時(shí)伴隨有殘應(yīng)的變化，殘應(yīng)對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)及