半导体洁净车间管理制度.pdf

纯臻净化工程 半导体洁净车间管理制度 半导体洁净车间的环境与生产要求 一、氧化 （炉）（Oxidation） 对硅半导体而言，只要在高于或等于1050℃的炉管中，通入氧气或水汽，自然可以将硅晶 的表面予以氧化，生长所谓干氧层(dryz/gate oxide)或湿氧层(wet /field oxide)，当作 电子组件电性绝缘或制程掩膜之用。氧化是半导体制程中，最干净、单纯的一种；这也是硅 晶材料能够取得优势的特性之一 （他种半导体，如砷化镓 GaAs，便无法用此法成长绝缘层， 因为在550℃左右，砷化镓已解离释放出砷）硅氧化层耐得住850℃ ~1050℃的后续制程环 境，系因为该氧化层是在前述更高的温度成长；不过每生长出1 微米厚的氧化层，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点： （1）氧化层的成长速率不是一直维持恒定的趋势，制程时间与成长厚度之重复性是较为重 要之考量。 （2）后长的氧化层会穿透先前长的氧化层而堆积于上；换言之，氧化所需之氧或水汽，势 必也要穿透先前成长的氧化层到硅质层。故要生长更厚的氧化层，遇到的阻碍也越大。一般 而言，很少成长2微米以上之氧化层。 （3）干氧层主要用于制作金氧半 （MOS）晶体管的载子信道 （channel）；而湿氧层则用于其 它较不严格讲究的电性阻绝或制程罩幕 （masking）。前者厚度远小于后者，1000~ 1500埃 已然足够。 （4）对不同晶面走向的晶圆而言，氧化速率有异：通常在相同成长温度、条件、及时间下， {111}厚度≥{110}厚度＞{100}厚度。 （5）导电性佳的硅晶氧化速率较快。 （6）适度加入氯化氢 （HCl）氧化层质地较佳；但因容易腐蚀管路，已渐少用。 （7）氧化层厚度的量测，可分破坏性与非破坏性两类。破坏性量测是在光阻定义阻绝下， 泡入缓冲过的氢氟酸 （BOE，Buffered OxideEtch，系 HF与NH4F 以1：6的比例混合而成 的腐蚀剂）将显露出来的氧化层去除，露出不沾水的硅晶表面，然后去掉光阻，利用表面深 浅量测仪，得到有无氧化层之高度差，即其厚度。 （8）非破坏性的测厚法，以 椭偏仪 (ellipsometer) 或 是毫微仪 （nano-spec）最为 普遍及准确，前者能同时输出 折射率(refractive index； 用以评估薄膜品质之好坏)及 起始厚度b与 跳阶厚度a (总 厚度 t ma + b)，实际厚度 (需确定m之整数值)，仍需与 制程经验配合以判读之。后者 则还必须事先知道折射率来 反推厚度值。 （9）不同厚度的氧化层会显现不同的颜色，且有2000埃左右厚度即循环一次的特性。有经 验者也可单凭颜色而判断出大约的氧化层厚度。不过若超过1.5微米以上的厚度时，氧化层 颜色便渐不明显。 纯臻净化工程 二、扩散 （炉）（diffusion） 1、扩散搀杂 半导体材料可搀杂n型或p型导电杂质来调变阻值，却不影响其机械物理性质的特点， 是进一步创造出p-n接合面 （p-njunction）、二极管 （diode）、晶体管 （transistor）、以 至于集成电路 （IC）世界之基础。而扩散是完成导电杂质搀染的初期重要制程。 众所周知，扩散即大自然之输送现象 (transport phenomena)；质量传输(mass transfer)、热传递(heat transfer)、与动量传输 (momentum transfer；即摩擦拖曳) 皆 是自然的三种已知现象。杂质扩散即属于质量传输之一种，唯需要在850摄氏度以上的高温 环境下，效应才够明显。 2、前扩散 (pre-deposition) 第一种定浓度边界条件的浓度解析解是所谓的互补误差函数，其对应之扩散步骤称为 「前扩 散」，即我们一般了解的扩散制程；当高温炉管升至工作温度后，把待扩散晶圆推入炉中， 然后开始释放扩散源 (p型扩散源通常是固体呈晶圆状的氮化硼芯片，n型则为液态POCl3 之加热蒸气) 进行扩散。其浓度剖面外形之特征是杂质集中在表面，表面浓度最高，并随深 度迅速减低，或是说表面浓度梯度 (gradient) 值极高。 3、后驱入 (post drive-in) 第二种定搀杂量的边界条件，具有高斯分布 (Gaussian distribution) 的浓度解析解。对 应之扩散处理程序叫做 「后驱入」，即一般