談半導(dǎo)體的生產(chǎn)工藝流程-全文預(yù)覽
【正文】 IV族之雜質(zhì)，以離子的型式，經(jīng)加速后沖擊進(jìn)入晶圓表面，經(jīng)過(guò)一段距離后， (視加速能量而定)，故最高濃度的地方，不似熱擴(kuò)散法在表面上。 干蝕刻法可直接利用光阻作蝕刻之阻絕遮幕，不必另行成長(zhǎng)阻絕遮幕之半導(dǎo)體材料。 Torr 的環(huán)境下，才有可能被激發(fā)出來(lái)；而干蝕刻采用的氣體，或轟擊質(zhì)量頗巨，或化學(xué)活性極高，均能達(dá)成蝕刻的目的。然而自1970年代起，在諸如Journal of ElectroChemical Society等期刊中，發(fā)表了許多有關(guān)堿性或有機(jī)溶液腐蝕單晶硅的文章，其特點(diǎn)是不同的硅晶面腐蝕速率相差極大，尤其是111方向，足足比100或是110方向的腐蝕速率小一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)！因此，腐蝕速率最慢的晶面，往往便是腐蝕后留下的特定面?！?(1)等向性蝕刻 (isotropic etching) 大部份的濕蝕刻液均是等向性，換言之，對(duì)蝕刻接觸點(diǎn)之任何方向腐蝕速度并無(wú)明顯差異。定性而言，增加蝕刻溫度與加入攪拌，均能有效提高蝕刻速率；但濃度之影響則較不明確。整個(gè)蝕刻的時(shí)間，等于是擴(kuò)散與化學(xué)反應(yīng)兩部份所費(fèi)時(shí)間的總和。 [注] 厚光阻是新近發(fā)展出來(lái)，供微機(jī)電研究使用的材料，如IBM的SU8系列光阻，厚度由數(shù)微米至100微米不等，以GYRSET?涂布后，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的烘干程序，再以紫外線或準(zhǔn)分子雷射 (excimer laser) 進(jìn)行曝光顯影后，所得到較深遂的凹狀圖案，可供進(jìn)一步精密電鑄 (electroforming) 的金屬微結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)填塞。故光阻在被涂布時(shí)，其與周遭流體之相對(duì)運(yùn)動(dòng)并不明顯，只是離心的徹體力效果，使光阻穩(wěn)定地、且是呈同心圓狀地向外涂布。另外，為了確保光阻全然涂布到整片晶圓，通常注入光阻的劑量，是真正涂布粘著在晶圓上之?dāng)?shù)十甚至數(shù)百倍，極其可惜；因?yàn)樗Φ骄A外的光阻中有機(jī)溶劑迅速揮發(fā)逸散，成份大變，不能回收再使用。 (3)將晶圓表層光阻稍事烤干定型，防止沾粘。C下烘烤一段時(shí)間。） 圖27 雙面對(duì)準(zhǔn)曝光對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)(國(guó)科會(huì)北區(qū)微機(jī)電系統(tǒng)研究中心)。所以搭配使用之硅晶圓曝光機(jī)臺(tái)為一般的「光罩對(duì)準(zhǔn)機(jī)」(mask aligner，如圖27)。 由于激光打印機(jī)的分辨率越來(lái)越好，未來(lái)某些線寬較粗的光罩可望直接以打印機(jī)出圖。原理即利用對(duì)紫外線敏感之聚合物，或所謂光阻（photoresist）之受曝照與否，來(lái)定義該光阻在顯影液（developer）中是否被蝕除，而最終留下與遮掩罩幕，即光罩（mask）相同或明暗互補(bǔ)之圖形；相同者稱之「正光阻」(positive resist)，明暗互補(bǔ)者稱之「負(fù)光阻」(negative resist)，如圖26所示。 (3)擴(kuò)散所需之圖形定義（pattern）及遮掩（masking），通常以氧化層（oxide）充之，以抵擋高溫之環(huán)境。所以，借著多次反復(fù)的「前擴(kuò)散」與「后驅(qū)入」，既能調(diào)變電性上之電阻率特性，又可改變雜質(zhì)電阻之有效截面積，故依大家熟知之電阻公式 ； 其中 是電阻長(zhǎng)度可設(shè)計(jì)出所需導(dǎo)電區(qū)域之?dāng)U散程序。 后驅(qū)入 (post drivein) 第二種定攙雜量的邊界條件，具有高斯分布 (Gaussian distribution) 的濃度解析解。 由于是擴(kuò)散現(xiàn)象，雜質(zhì)濃度C （concentration；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)。 (二)擴(kuò)散(爐) (diffusion) 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(lái)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（pn junction）、二極管（diode）、晶體管（transistor）、以至于大千婆娑之集成電路（IC）世界之基礎(chǔ)。后者則還必須事先知道折射率來(lái)反推厚度值。 （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。 （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）。 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。其中(a)~169。 1o 外徑(吋) 3 4 5 6 厚度(微米) 300~450 450~600 550~650 600~750(177。由于硅晶外貌完全相同，晶圓制造廠因此在制作過(guò)程中，加工了供辨識(shí)的記號(hào)：亦即以是否有次要切面 (secondary flat) 來(lái)分辨。所以晶圓也因之有 {100}、{111}、{110}等之分野。(至于晶圓厚度，與其外徑有關(guān)。拉晶時(shí)，將特定晶向 (orientation) 的晶種 (seed)，浸入過(guò)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，而得出所謂的晶棒 (ingot)。去離子水以電阻率 (resistivity) 來(lái)定義好壞，；為此需動(dòng)用多重離子交換樹(shù)脂、RO逆滲透、與UV紫外線殺菌等重重關(guān)卡，才能放行使用。 人體及衣物的毛屑是一項(xiàng)主要粉塵來(lái)源，為此務(wù)必嚴(yán)格要求進(jìn)出使用人員穿戴無(wú)塵衣，除了眼睛部位外，均需與外界隔絕接觸 (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。換言之，鼓風(fēng)機(jī)加壓多久，冷氣空調(diào)也開(kāi)多久。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(參見(jiàn)圖21)。nn半導(dǎo)體的生產(chǎn)工藝流程，做工藝 一、潔凈室 一般的機(jī)械加工是不需要潔凈室(clean room)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。潔凈室的潔凈等級(jí)，有一公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，以class 10為例，意謂在單位立方英呎的潔凈室空間內(nèi)。 為保持溫度與濕度的恒定，大型空調(diào)設(shè)備須搭配于前述之鼓風(fēng)加壓系統(tǒng)中。 所有人事物進(jìn)出，都必須經(jīng)過(guò)空氣吹浴 (air shower) 的程序，將表面粉塵先行去除。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 (carrier channel)，影響半導(dǎo)體組件的工作特性。目前晶體化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky) 拉晶法 (CZ法)。最后經(jīng)過(guò)粗磨
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