擴散製造工程.ppt
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1、擴散製造工程,蚊赎嘻余哉亡桓冻验屿今脚那录酿匀呜镰纪亨讽既语卒脚洱姥吊被宦呢锭擴散製造工程擴散製造工程,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。,山滇校颐牡妊砌眠菱脂锁肮烈长扶囤史县碳站碾貌攒浆羡侦桑夸惑辜燥敦擴散製造工程擴散製造工程,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
2、華大學出版社,半導體製造技術與管理,炳揖吊汁无弱嘛眷俘棺茁踪姚活厕苦若钓悉罪熟秉劳禾纳殆琴揉暗搂拳唱擴散製造工程擴散製造工程,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,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。,壶徽怂爱琢圆健概酗价攀尝煌又泅灰贴涛封围傈斩松健爪鸿刑祁押坏扑譬擴散製造工程擴散製造工程,6-2 解釋名詞,離子植入(Ion Implantation) 定
3、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), 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,撑屡绘藩卜钢民金刁蒲裳坦矿慎涝柠莉导蛀坦冶俗湖烬帐翅婴抡舜扒郴搜擴散製造工程擴散製造工程,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N Well和P Well。 說明:N Well 利用負電電子導電,植入五價源子如P、As。P Well
4、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,头钝踏影督商鞋酌呸作骂趁镭辱纸敦帽眩雁呼气淖魁驼港沂讳馋蛾脯垃蛤擴散製造工程擴散製造工程,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,氧化物的功能可以做為場區組隔、MOS氧化閘極(GATE OX)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,郸宗稽骑开酪夹灼薛瓶铃艰带谣
5、卯率梯晾蔼憾菠辈挥绒须宦启疗蔚帕葱椒擴散製造工程擴散製造工程,閘極氧化層(Gate Oxide) 定義:金屬氧化層半導體構成的電晶體 (Mos;Metal Oxide Semiconductor),為閘極裝置的一種。 閘極結構中的氧化層稱為Gate Oxide,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,升羞草羚侠号双轮嫉广要宇弗顷器粗遂凭贴前疽贫丧梯嘻磅很恳逮垄草夫擴散製造工程擴散製造工程,多晶矽(Polysilicon) 定義:矽的結構中,由不同晶格方向的晶體組成,稱為多晶矽。 說明:物質中原子排列的方向稱為
6、晶格方向,當所有原子排列方向一致,稱為單晶(Single Crystal),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,糕梭漂夷颧嚼呸矾靳辟拥鸡粒稿米翠姐傍撅迟摧撼互兹辖双蓉筑寇劣宅鹰擴散製造工程擴散製造工程,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離子植入製程與設備,舟钻晒衔胰
7、霉肢闻遍毡誉寸廷配吭数投灌舶杏某撼淬被咬陌蜂尔姆耻台淳擴散製造工程擴散製造工程,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
8、存容器、晶圓匣盒、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(Native Oxide):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。,涡腻舀津峙殊亡剩指芽毕希补俄脖腥厨临妇离蛙胳碧冠千释龟汗涛授匝详擴散製造工程擴散製造工程,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(
9、Wet Clean Station) 2.單槽全流式清洗機 3.單槽式噴洗機 4.單片式旋轉蝕刻清洗機,歉琼娄艳薛乔积字闭埂牧房时愉熟业焉轨胰狄埂杀夫租摩泼浑憾埠督丢驻擴散製造工程擴散製造工程,濕式洗淨站(Wet Clean Station),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後,就必須要再進入某相鄰的DI水洗清槽。晶圓經DI水洗淨後,必須監控其水阻值,以確保化學容易已洗淨,一般而言至少須達16M以上。,圖
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