《擴散製造工程》ppt课件

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1、擴散製造工程摘要本章分為三個部份，第一部份前言介紹擴散製程在晶圓製造中所扮演的角色。第二部份是介紹擴散製程相關的名詞解釋。第三部份則是敘述清洗、爐管、離子植入等各類製程及設備。6-1緒論擴散製造工程大致分為離子植入、爐管熱氧化物生長、各類薄膜沉積及晶圓清洗製程。擴散(Diffusion)是指離子、原子或分子由高濃度往低濃度區域運動的現象。圖6.1擴散示意圖圖片來源:簡禎富(2005)，國立清華大學出版社，半導體製造技術與管理高溫爐管之熱製程除了用在離子植入後之井區驅入擴散外，熱氧化物生長製程是矽積體電路最易取得之介電薄膜

2、，其他低壓爐管製程則是藉由化學氣相沉積反應生成氧化物、氮化矽、多晶矽等薄膜。另外，在進入次微米以下之晶圓製造時，進爐管前之晶圓清洗製程變得很重要，因為晶圓表面之潔淨程度或粗糙度對後續製程之品質與電性影響會愈來愈顯著。6-2解釋名詞離子植入(IonImplantation)定義:將離子以電場加速，使高能量離子植入於晶片當中，常用的離子有P+、As+、B+、BF2+，利用分析磁鐵，可以選擇所要的離子種類。說明:定義P井區，N井區，調整臨界電壓，改變阻值，定義源極/汲極等等。圖6.2：離子植入示意圖圖片來源:簡禎富(2005)

3、，國立清華大學出版社，半導體製造技術與管理圖6.2：離子植入示意圖井區(Well)定義:指以離子植入方式形成不同的半導體特性區域，分為NWell和PWell。說明:NWell利用負電電子導電，植入五價源子如P、As。PWell則利用正電電洞導電，植入三價源子如B。圖6.3井區示意圖圖片來源:簡禎富(2005)，國立清華大學出版社，半導體製造技術與管理氧化物(Oxide)定義:通常半導體製程的氧化物是指二氧化矽薄膜，可利用加熱氧化或是化學氣相沉積等方法製作。說明:半導體製程中的場區氧化層、閘極氧化層是加熱氧化產生的氧化層，

4、氧化物的功能可以做為場區組隔、MOS氧化閘極(GATEOX)等。圖6.4：氧化物示意圖圖片來源:簡禎富(2005)，國立清華大學出版社，半導體製造技術與管理閘極氧化層(GateOxide)定義:金屬氧化層半導體構成的電晶體(Mos;MetalOxideSemiconductor)，為閘極裝置的一種。閘極結構中的氧化層稱為GateOxide，作為分隔電極的材料。圖6.5：閘極氧化層示意圖圖片來源:簡禎富(2005)，國立清華大學出版社，半導體製造技術與管理多晶矽(Polysilicon)定義:矽的結構中，由不同晶格方向的晶

5、體組成，稱為多晶矽。說明:物質中原子排列的方向稱為晶格方向，當所有原子排列方向一致，稱為單晶(SingleCrystal)，如果是由很多不同方向的單晶組成，稱為多晶(Poly-Crystal)。如果排列方式雜亂無序，就稱為非晶質(Amorphous)。多晶矽用在MOS結構中，作為金屬矽化物(Polycide)與氧化層(Oxide)的連接。圖片來源:簡禎富(2005)，國立清華大學出版社，半導體製造技術與管理圖6.9：多晶矽示意圖6-3製程設備說明6-3.1晶圓清洗製程與設備6-3.2爐管製程與設備6-3.3離子植入製程與

6、設備6-3.1晶圓清洗製程與設備目前半導體業界所使用之清洗製程，大部份仍參考W.Kern發展出之RCA清洗製程，不斷修改製程濃度比例與溫度，以符合本身產品製程之清洗需求。一般而言，晶圓清洗製程所要洗淨的對象包括：1.微塵(Particle)：其來源廣泛，如晶圓基板本身、人員、環境、機器設備、反應氣體、化學品或超潔淨去離子水。2.金屬雜質(Metal)：其來源除了人員、機器設備、化學品雜質外、也可能是某些前製程反應後，殘留於圓基板表面之雜質。3.有機物(Organic)：其來源有無塵室塗料揮發物、化學品雜質、儲存容器、晶圓

7、匣盒、光阻等。4.微粗糙面(Microroughness)：其來源有晶圓基板原物料本身之粗糙度或化學品處理後之粗糙度。5.自然氧化膜(NativeOxide)：其來源包括環境水氣所生成或超潔淨去離子水洗淨後所生成。近幾年來，由於元件尺寸的不斷微縮化，傳統RCA清洗製程不斷被改良，各式不同設計的清洗機台陸續推出並被用作量產機台。單片式清洗機台及物理刷洗機台也是現今普遍應用的洗淨方式，而除了濕洗清洗製程外，近來也有乾式清洗製程被開發應用。目前半導體工廠常見的清洗機台有：1.濕式洗淨站(WetCleanStation)2.單槽

8、全流式清洗機3.單槽式噴洗機4.單片式旋轉蝕刻清洗機濕式洗淨站(WetCleanStation)洗淨站的設備是依半導體工廠之製程需求量身訂製的，一旦洗淨槽的配置定型後，清洗製程的變化性就會受到限制；但若因製程變化而裝設許多洗淨槽，那對無塵室空間安排會造成困擾。晶圓不一定會進入每個化學槽做清洗，但一旦經過某一個化學槽之