# 半導體材料與元件物理 W3
📅 2024-03-07
instructor: 陳瑞山 老師

# 薄膜沉積

## 物理氣相沉積 PVD
Output: 單晶、多晶

### 熱蒸鍍
優點：
1. 量產能力較佳（比濺鍍好）
2. 材料表面不受 damaged（濺鍍會 damaged）

熱蒸鍍（一）：熱（電）阻式蒸鍍
=> 用乾鍋加熱
=> 缺點：乾鍋的雜質跑進去
汽化到 原子 型態

熱蒸鍍（二）：電子束蒸鍍
=> Charging（充電）

### 濺鍍（Sputtering Deposition / Coating）
優點：
1. 沒有材料限制
2. 可控制的參數比較多
（蒸鍍就是靠加熱）
壓力、氣流、DC（電壓、功率）、數量、氣體種類

種類：
1. DC：少見，只能用在鍍「金屬」
2. AC：常見，操作在接近 RF 頻率，稱「RF 濺鍍」
應用於 => 陶瓷材料 等各種半導體元件

=> 鈀材上會有 E-gon（電子槍）
=> 打 Ar（argon，氬）
因為 Ar 的 崩潰電壓 比較低

=> E-gon 送電後形成 電場
讓原子：游離出 電子（帶負電），裡面變成 離子（帶正電）
=> 很多鄰近的離子黏在一起，變成「電漿」（Plasma）
=> 離子團（clusters）因 勞侖茲力 掉落，與空間內分佈的 氧 反應，產生具有氧的 氧化物，作為 載子

驅動 IC 靠「載子」
載子通常必須「有缺陷 or 含雜質」
例如：ITO（氧化銦錫）用人為的方式讓它 “有缺陷”

## 化學氣相沉積 CVD
Output: 單晶薄膜、磊晶（三、五族）
Examples: SiO2（二氧化矽）、SiC（碳化矽）、GaN（氮化鎵）

氣相（Vaper）：例如氣體狀態的 Si

Si 氣體與空間內的 O2 反應，沉積出 SiO2

### （反應）前驅物
1. metal-organic（有機金屬 或稱 金屬有機物）

2. SiH4（Silane）
SiO2, ZnO, TiO, AlO

### GaN 的 CVD（化學氣相沉積）製程
1. TMGa 作為前驅物
2. NH3（氨氣）作為前驅物
3. 取兩者的化合物做反應

化合物半導體（第2類、第3類半導體），是二元化合物
如 GaN 是 Ga 化合物和 N 化合物的化合物
比一元化合物的製程麻煩的多
會有「化學反應率」、「氧空缺」等問題

氮氣是三鍵結構，很穩定
但化學製程會破壞化學鍵
變成「氮（N）空缺」而做不出 GaN
-
PE-CVD（電漿加強型 CVD）
會把氮氣變成「離子態」
解決「氮（N）空缺」的問題

MO-CVD（有機金屬 CVD）
=> 包括：第二代、第三代半導體（如：GaN, GaAs）
=> 不包括：第一代半導體（SiO2）

LP-CVD 低壓化學氣相沉積
沉積速度慢

AP-CVD 常壓化學氣相沉積
=> 對 真空 要求比較低
=> 應用於：手機晶片

Si 很怕氧，對 真空 要求很高

### HP-CVD vs. LP-CVD
HP-CVD
優：壓力高，反應出來的氣體多，反應速度快
缺：「製程良率問題」=> wafer 均勻度不佳（靠近反應爐前緣的鍍到比較多，越後緣越少）

LP-CVD
缺：壓力低，反應速度慢
優：製程良率高，能精準堆疊（容易堆疊 1,2,4,... nm）
應用：矽製程（如：台積電「超高真空製程」）

### CVD 現代製程種類與對應的應用
1. LP-CVD
=> 應用：矽製程

2. AP-CVD（常壓） 或 PE-CVD（電漿加強型）
=> 應用：第二代、第三代半導體

一大氣壓=760拓

### 磊晶（Epitaxial）
液相磊晶 (LPE)
固相磊晶

### 補充
半導體一般都是 work on「單晶」結構

## 晶圓薄化（Wafer Thining）
* 2 mi
* 0.4 mi：會 **透光**
> mi：千分之一英吋

TAIKO（研磨）製程
=> Output：旁邊有個環，比較好拿
=> CMP（機械化學研磨製程）