4 5 Polysilicon Deposition Process 4 5 1

第 4. 5節實例：複晶矽沉積製程的改善 Polysilicon Deposition Process 4. 5 -1 問題描述（Problem Description） 4. 5 -2 品質特性及理想機能（Quality Characteristics/Ideal Function） 4. 5 -3 控制因子及其變動水準（Control Factors and Levels） 4. 5 -4 干擾因子（Noise Factors） 4. 5 -5 實驗直交表（Experimental Orthogonal Arrays） 4. 5 -6 實驗數據（Experimental Data） 4. 5 -7 S/N比（S/N Ratios） 4. 5 -8 因子反應分析（Factor Responses Analysis） 4. 5 -9 製程最佳化（Process Optimization） 4. 5 -10 確認（Confirmation） 4. 5 -11 後續實驗（Follow-up Experiment） QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU

4. 5 -3 控制因子及其變動水準 （Control Factors and Levels） 表 4. 5 -1 控制因子及其水準 Factor Description Unit Level 1 Level 2 Level 3 ℃ T 0 - 25 T 0 + 25 A Temperature B Pressure mtorr P 0 - 200 P 0 + 200 C Nitrogen flow cc/min N 0 - 150 N 0 - 75 D Silane flow cc/min S 0 -100 S 0 - 50 S 0 E Settling time min t 0 + 8 t 0 + 16 F Cleaning method None Inside Outside Note: Starting levels are highlighted by shaded areas 1 Torr = 1/760 Atm = 133. 3 Pa QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU

4. 5 -5 實驗直交表 （Experimental Orthogonal Arrays） 表 4. 5 -2 L 18表與因子配置 Exp. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 A 2 1 1 1 2 2 2 3 3 3 B 3 1 2 3 1 2 3 QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU C 4 1 2 3 2 3 1 3 1 2 D 5 1 2 3 1 1 2 3 3 1 2 2 3 1 E 6 1 2 3 1 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 7 1 2 3 3 1 2 2 3 1 3 1 2 3 F 8 1 2 3 3 1 2 1 2 3 1 Why is column 1 not used? Why is column 7 not used?

實驗直交表 表 4. 5 -3 實驗直交表（以設定�表示） Exp. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 A. Temperature 2 T 0 - 25 T 0 - 25 T 0 T 0 + 25 T 0 + 25 QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU B. Pressure 3 P 0 - 200 P 0 P 0 + 200 P 0 - 200 P 0 P 0 + 200 C. Nitrogen flow 4 N 0 N 0 - 150 N 0 - 75 N 0 N 0 - 75 N 0 N 0 - 150 D. Silane flow 5 S 0 - 100 S 0 - 50 S 0 S 0 - 100 S 0 - 50 S 0 - 100 E. Settling time 6 t 0 + 8 t 0 + 16 t 0 + 8 t 0 + 16 t 0 t 0 + 8 t 0 + 16 t 0 + 8 F. Cleaning method 8 None Inside Outside None Inside Outside None

4. 5 -6 實驗數據（Raw Data） 表 4. 5 -4 實驗數據：表面瑕疵數量 Exp. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Top Wafer 1 yd (unit: defect/cm 2) Wafer 2 Center Bottom Top Center Bottom Wafer 3 Top Center Bottom y S 1 36 17 1088 840 776 2065 2200 1 1 247 150 44 1359 14 2201 3333 1 64 120 9 781 983 609 3237 1303 1 1 495 253 50 876 18 3049 2173 0. 51 -37. 30 -45. 17 -25. 76 -62. 54 -62. 23 -59. 88 -71. 69 -68. 15 -3. 47 -5. 08 -54. 85 -49. 38 -36. 54 -64. 18 -27. 31 -71. 51 -72. 00 d 1 1 3 6 1720 135 360 270 5000 3 1 3 450 5 1200 8000 0 2 35 15 1980 360 810 2730 1000 0 0 1620 25 21 1200 6 3500 2500 QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU 1 8 106 6 2000 1620 1215 5000 1000 0 1 90 270 162 1800 40 3500 2 180 360 17 487 2430 1620 360 3000 3 5 216 810 90 2530 54 1000 5000 0 5 38 20 810 207 117 1 1000 0 0 5 16 6 2080 0 3 1000 0 0 135 16 400 2 30 2 1000 0 0 4 1 1 2080 8 1 1000 1 126 315 15 2020 2500 1800 9999 3000 1 1 270 225 63 1890 14 9999 5000 1 3 50 40 360 270 720 225 2800 0 0 8 3 15 180 1 600 2000 0 1 180 18 13 35 315 1 2000 1 1 3 0 39 25 1 8 2000 d d

實驗數據 表 4. 5 -5 實驗數據：沉積厚度及沉積速率 yt (unit: Å) Wafer 1 Wafer 2 Wafer 3 Top Center Bottom y Exp. t 1 2029 1975 1961 1975 1934 1907 1952 1941 1949 1958 沉積 沉積 時間 速率 S 35. 22 (min) 135 y 34 14. 5 23. 23 t t r r 2 5375 5191 5242 5201 5254 5309 5323 5307 5091 5255 86 35. 75 144 36. 6 31. 27 3 5989 5894 5874 6152 5910 5886 6077 5943 5962 5965 94 36. 02 144 41. 4 32. 34 4 2118 2109 2099 2140 2125 2108 2149 2130 2111 2121 16 42. 24 59 36. 1 31. 15 5 4102 4152 4174 4556 4504 4560 5031 5040 5032 4572 388 21. 43 63 73. 0 37. 27 6 3022 2932 2913 2837 2828 2934 2875 2841 2891 65 32. 91 58 49. 5 33. 89 7 3030 3042 3028 3486 3333 3389 3709 3671 3687 3375 287 21. 39 44 76. 6 37. 68 8 4707 4472 4336 4407 4156 4094 5073 4898 4599 4527 326 22. 84 43 105. 4 40. 46 9 3859 3822 3850 3871 3922 3904 4110 4067 4110 3946 116 30. 60 34 115. 0 41. 21 10 3227 3205 3242 3468 3450 3420 3599 3591 3535 3415 155 26. 85 138 24. 8 27. 89 11 2521 2499 2576 2537 2512 2551 2552 2570 2535 29 38. 80 127 20. 0 26. 02 12 5921 5766 5844 5780 5695 5814 5691 5777 5743 5781 72 38. 06 148 39. 0 31. 82 13 2792 2752 2716 2684 2635 2606 2765 2786 2773 2723 68 32. 07 51 53. 1 34. 50 14 2863 2835 2859 2829 2864 2839 2891 2844 2841 2852 19 43. 35 62 45. 7 33. 20 15 3218 3149 3124 3261 3205 3223 3241 3189 3197 3201 43 37. 44 58 54. 8 34. 78 16 3020 3008 3016 3072 3151 3139 3235 3162 3140 3105 79 31. 86 40 76. 8 37. 71 17 4277 4150 3992 3888 3681 3572 4593 4298 4219 4074 323 22. 01 39 105. 3 40. 45 18 3125 3119 3127 3563 3520 4120 4088 4138 3596 431 18. 42 39 91. 4 QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU 39. 22

4. 5 -8 因子反應分析 （Factor Responses Analysis） 表 4. 5 -6 S/N比 Exp. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 A B C D E F 2 3 4 5 6 8 1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 2 3 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 3 1 1 2 3 3 1 2 2 3 1 1 1 2 2 3 3 1 1 2 2 2 1 3 1 2 2 3 3 1 3 2 1 Average = QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU d 0. 51 -37. 30 -45. 17 -25. 76 -62. 54 -62. 23 -59. 88 -71. 69 -68. 15 -3. 47 -5. 08 -54. 85 -49. 38 -36. 54 -64. 18 -27. 31 -71. 51 -72. 00 -45. 36 t 35. 22 35. 75 36. 02 42. 24 21. 43 32. 91 21. 39 22. 84 30. 60 26. 85 38. 80 38. 06 32. 07 43. 35 37. 44 31. 86 22. 01 18. 42 31. 52 r 23. 23 31. 27 32. 34 31. 15 37. 27 33. 89 37. 68 40. 46 41. 21 27. 89 26. 02 31. 82 34. 50 33. 20 34. 78 37. 71 40. 45 39. 22 34. 12

表面瑕疵（Defects） 表 4. 5 -7 d 的因子反應表 Factor A. Temperature B. Pressure C. Nitrogen D. Silane E. Settling time F. Cleaning method QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU 1 -24. 23 -27. 55 -39. 03 -39. 20 -51. 52 -45. 56 Level 2 -50. 10 -47. 44 -55. 99 -46. 85 -40. 54 -41. 58 3 -61. 75 -61. 10 -41. 07 -50. 04 -44. 03 -48. 95

沈積厚度（Thickness） 表 4. 5 -8 t 的因子反應表 Factor A. Temperature B. Pressure C. Nitrogen D. Silane E. Settling time F. Cleaning method QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU 1 35. 12 31. 61 34. 39 31. 69 30. 52 27. 04 Level 2 34. 91 30. 70 27. 86 34. 70 32. 87 33. 67 3 24. 52 32. 24 32. 31 28. 16 31. 16 33. 85

沈積速率（Rate） 表 4. 5 -9 r 的因子反應表 Factor A. Temperature B. Pressure C. Nitrogen D. Silane E. Settling time F. Cleaning method QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU 1 28. 76 32. 03 32. 81 32. 21 34. 06 33. 81 Level 2 34. 13 34. 78 35. 29 34. 53 33. 99 34. 10 3 39. 46 35. 54 34. 25 35. 61 34. 30 34. 44

4. 5 -10 確認（Confirmation） 預測 表 4. 5 -10 預測的S/N比 Starting condition Optimum condition Factor effect (d. B) Factor A Setting A 2 -4. 74 3. 39 B B 2 -2. 08 C C 1 6. 33 D D 3 -4. 67 E E 1 -6. 16 F F 1 d 0. 02 Setting A 1 21. 13 3. 60 -5. 35 0. 66 B 2 -2. 08 2. 87 -1. 31 C 1 6. 33 2. 87 -1. 31 -3. 35 1. 49 D 3 -4. 67 -3. 35 1. 49 E 2 4. 83 t r -4. 48 d F 2 t r 0. 66 2. 15 Average -45. 36 31. 52 34. 12 Predicted -56. 69 29. 95 34. 98 -19. 82 36. 79 29. 61 A, B, C, D, E A, C, D, F A, B, C, D QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU

確認實驗 表 4. 5 -11 確認實驗的S/N比 rms Surface Optimum Improvement condition d. B 600 defect/cm 2 7 defect/cm 2 -55. 6 -16. 9 Std. Dev. 2. 8% 1. 3% 31. 1 37. 7 Rate 60 Å/min 35. 6 30. 9 defects Deposition Starting d thickness Deposition rate QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU t r 38. 7 6. 6 -4. 7

實驗值與預測值的比較 表 4. 5 -12 實驗�與預測�的比 較 Starting condition Optimum condition Prediction -56. 7 29. 9 35. 0 -19. 8 36. 8 29. 6 Experiment -55. 6 31. 1 35. 6 -16. 9 37. 7 30. 9 d QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU t r d t r

品質改善前後的比較 表 4. 5 -13 品質改善前後的比較 Surface defects Deposition thickness Deposition rate Original 1 st experiment 2 nd experiment rms 600 defect/cm 2 7 defect/cm 2 1 defect/cm 2 Std. Dev. 2. 8% 1. 3% 0. 7% Rate 60 Å/min 35 Å/min 55 Å/min 2 nd experiment 1 st experiment Original QE & DOE, Spring 2016, IUT, NSYSU