前期半導(dǎo)體

1、半導(dǎo)體的生產(chǎn)工藝流程（時(shí)間:200719共有1345人次瀏覽）[信息來源:電子生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)信息中心]一、潔凈室一般的機(jī)械加工是不需要潔凈室(cleanroom)的，因?yàn)榧庸し直媛试跀?shù)十微米以上，遠(yuǎn)比日常環(huán)境的微塵顆粒為大。但進(jìn)入半導(dǎo)體組件或微細(xì)加工的世界，空間單位都是以微米計(jì)算，因此微塵顆粒沾附在制作半導(dǎo)體組件的晶圓上，便有可能影響到其上精密導(dǎo)線布局的樣式，造成電性短路或斷路的嚴(yán)重后果。為此，所有半導(dǎo)體制程設(shè)備，都必須安置在隔絕粉塵進(jìn)入的

2、密閉空間中，這就是潔凈室的來由。潔凈室的潔凈等級(jí)，有一公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，以class10為例，意謂在單位立方英呎的潔凈室空間內(nèi)，平均只有粒徑0.5微米以上的粉塵10粒。所以class后頭數(shù)字越小，潔凈度越佳，當(dāng)然其造價(jià)也越昂貴。為營(yíng)造潔凈室的環(huán)境，有專業(yè)的建造廠家，及其相關(guān)的技術(shù)與使用管理辦法如下：1、內(nèi)部要保持大于一大氣壓的環(huán)境，以確保粉塵只出不進(jìn)。所以需要大型鼓風(fēng)機(jī)，將經(jīng)濾網(wǎng)的空氣源源不絕地打入潔凈室中。2、為保持溫度與濕度的恒定，大型空

3、調(diào)設(shè)備須搭配于前述之鼓風(fēng)加壓系統(tǒng)中。換言之，鼓風(fēng)機(jī)加壓多久，冷氣空調(diào)也開多久。3、所有氣流方向均由上往下為主，盡量減少突兀之室內(nèi)空間設(shè)計(jì)或機(jī)臺(tái)擺放調(diào)配，使粉塵在潔凈室內(nèi)回旋停滯的機(jī)會(huì)與時(shí)間減至最低程度。4、所有建材均以不易產(chǎn)生靜電吸附的材質(zhì)為主。5、所有人事物進(jìn)出，都必須經(jīng)過空氣吹浴(airshower)的程序，將表面粉塵先行去除。6、人體及衣物的毛屑是一項(xiàng)主要粉塵來源，為此務(wù)必嚴(yán)格要求進(jìn)出使用人員穿戴無塵衣，除了眼睛部位外，均需與外界

4、隔絕接觸(在次微米制程技術(shù)的工廠內(nèi)，工作人員幾乎穿戴得像航天員一樣。)當(dāng)然，化妝是在禁絕之內(nèi)，鉛筆等也禁止使用。7、除了空氣外，水的使用也只能限用去離子水(DIwaterdeionizedwater)。一則防止水中粉粒污染晶圓，二則防止水中重金屬離子，如鉀、鈉離子污染金氧半(MOS)晶體管結(jié)構(gòu)之帶電載子信道(carrierchannel)，影響半導(dǎo)體組件的工作特性。去離子水以電阻率(resistivity)來定義好壞，一般要求至17.5

5、MΩcm以上才算合格；為此需動(dòng)用多重離子交換樹脂、RO逆滲透、與UV紫外線殺菌等重重關(guān)卡，才能放行使用。由于去離子水是最佳的溶劑與清潔劑，其在半導(dǎo)體工業(yè)之使用量極為驚人！8、潔凈室所有用得到的氣源，包括吹干晶圓及機(jī)臺(tái)空壓所需要的，都得使用氮?dú)?98%)，吹干晶圓的氮?dú)馍踔烈?9.8%以上的高純氮！以上八點(diǎn)說明是最基本的要求，另還有污水處理、廢氣排放的環(huán)保問題，再再需要大筆大筆的建造與維護(hù)費(fèi)用!二、晶圓制作硅晶圓(siliconwafe

6、r)是一切集成電路芯片的制作母材。既然說到晶體，顯然是經(jīng)過純煉與結(jié)晶的程序。目前晶體化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky)拉晶法(CZ法)。拉晶時(shí)，將特定晶向(ientation)的晶種(seed)，浸入過飽和的純硅熔湯(Melt)中，并同時(shí)旋轉(zhuǎn)拉出，硅原子便依照晶種晶向，乖乖地一層層成長(zhǎng)上去，而得出所謂的晶米厚的氧化層，硅晶表面也要消耗掉0.44微米的厚度。以下是氧化制程的一些要點(diǎn)：（1）氧化層的成長(zhǎng)速率不是一直維持恒

7、定的趨勢(shì)，制程時(shí)間與成長(zhǎng)厚度之重復(fù)性是較為重要之考量。（2）后長(zhǎng)的氧化層會(huì)穿透先前長(zhǎng)的氧化層而堆積于上；換言之，氧化所需之氧或水汽，勢(shì)必也要穿透先前成長(zhǎng)的氧化層到硅質(zhì)層。故要生長(zhǎng)更厚的氧化層，遇到的阻礙也越大。一般而言，很少成長(zhǎng)2微米厚以上之氧化層。（3）干氧層主要用于制作金氧半（MOS）晶體管的載子信道（channel）；而濕氧層則用于其它較不嚴(yán)格講究的電性阻絕或制程罩幕（masking）。前者厚度遠(yuǎn)小于后者，1000~1500埃已然

8、足夠。（4）對(duì)不同晶面走向的晶圓而言，氧化速率有異：通常在相同成長(zhǎng)溫度、條件、及時(shí)間下，111厚度≧110厚度＞100厚度。（5）導(dǎo)電性佳的硅晶氧化速率較快。（6）適度加入氯化氫（HCl）氧化層質(zhì)地較佳；但因容易腐蝕管路，已漸少用。（7）氧化層厚度的量測(cè)，可分破壞性與非破壞性兩類。前者是在光阻定義阻絕下，泡入緩沖過的氫氟酸（BOE，BufferedOxideEtch，系HF與NH4F以1：6的比例混合而成的腐蝕劑）將顯露出來的氧化層去除

9、，露出不沾水的硅晶表面，然后去掉光阻，利用表面深淺量測(cè)儀（surfaceprofileralphastep），得到有無氧化層之高度差，即其厚度。（8）非破壞性的測(cè)厚法，以橢偏儀(ellipsometer)或是毫微儀（nanospec）最為普遍及準(zhǔn)確，前者能同時(shí)輸出折射率(refractiveindex；用以評(píng)估薄膜品質(zhì)之好壞)及起始厚度b與跳階厚度a(總厚度t=mab)，實(shí)際厚度(需確定m之整數(shù)值)，仍需與制程經(jīng)驗(yàn)配合以判讀之。后者則還

10、必須事先知道折射率來反推厚度值。（9）不同厚度的氧化層會(huì)顯現(xiàn)不同的顏色，且有2000埃左右厚度即循環(huán)一次的特性。有經(jīng)驗(yàn)者也可單憑顏色而判斷出大約的氧化層厚度。不過若超過1.5微米以上的厚度時(shí)，氧化層顏色便漸不明顯。(二)擴(kuò)散(爐)(diffusion)1、擴(kuò)散攙雜半導(dǎo)體材料可攙雜n型或p型導(dǎo)電雜質(zhì)來調(diào)變阻值，卻不影響其機(jī)械物理性質(zhì)的特點(diǎn)，是進(jìn)一步創(chuàng)造出pn接合面（pnjunction）、二極管（diode）、晶體管（transist）、

11、以至于大千婆娑之集成電路（IC）世界之基礎(chǔ)。而擴(kuò)散是達(dá)成導(dǎo)電雜質(zhì)攙染的初期重要制程。眾所周知，擴(kuò)散即大自然之輸送現(xiàn)象(transptphenomena)；質(zhì)量傳輸(masstransfer)、熱傳遞(heattransfer)、與動(dòng)量傳輸(momentumtransfer；即摩擦拖曳)皆是其實(shí)然的三種已知現(xiàn)象。本雜質(zhì)擴(kuò)散即屬于質(zhì)量傳輸之一種，唯需要在850oC以上的高溫環(huán)境下，效應(yīng)才夠明顯。由于是擴(kuò)散現(xiàn)象，雜質(zhì)濃度C（concentra

12、tion；每單位體積具有多少數(shù)目的導(dǎo)電雜質(zhì)或載子）服從擴(kuò)散方程式如下：這是一條拋物線型偏微分方程式，同時(shí)與擴(kuò)散時(shí)間t及擴(kuò)散深度x有關(guān)。換言之，在某擴(kuò)散瞬間(t固定)，雜質(zhì)濃度會(huì)由最高濃度的表面位置，往深度方向作遞減變化，而形成一隨深度x變化的濃度曲線；另一方面，這條濃度曲線，卻又隨著擴(kuò)散時(shí)間之增加而改變樣式，往時(shí)間無窮大時(shí)，平坦一致的擴(kuò)散濃度分布前進(jìn)！既然是擴(kuò)散微分方程式，不同的邊界條件（boundaryconditions）施予，會(huì)產(chǎn)