《半导体制程概论chapter5萧宏》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体制程概论chapter5萧宏（227页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Chapter 5 加熱製程Hong Xiao, Ph. D. Hong Xiao, Ph. D.1www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm目標 列出四種加熱製程 描述積體電路製造的熱製程 描述熱氧化製程 說明快速加熱製程(RTP)的優點 本製程與你的工作或產品的相關性Hong Xiao, Ph. D.2www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm主題 簡介 硬體設備 氧化 擴散 退火 佈植後退火 合金熱處理 再流動 高溫化學氣相沉 積法(CVD) 磊晶矽沉積 多晶矽沉積 氮化矽沉積 快速加熱製程 (RTP)系統 快速加熱
2、退火 快速加熱氧化 未來的趨勢Hong Xiao, Ph. D.3www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm定義 熱製程是在高溫操作的製造程序，其溫 度經常較鋁的熔點高 加熱製程通常在高溫爐進行，一般稱之 為擴散爐 早期的半導體工業已廣泛的應用在擴散 摻雜的製程Hong Xiao, Ph. D.4www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm簡介 矽的優點 高豐量, 價格便宜 穩定且容易與氧化合 早期的積體電路製造，氧化和擴散是製 程中的支柱Hong Xiao, Ph. D.5www2.austin.cc.tx.us/Hong
3、Xiao/Boo k.htm積體電路製程流程材料設計光罩積體電路生產廠房測試封裝最後測試加熱製程微影製程離子佈植與 光阻剝除金屬化化學機械 研磨介電質沉 積晶圓蝕刻與光 阻剝除Hong Xiao, Ph. D.6www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm硬體總覽Hong Xiao, Ph. D.7www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm水平式爐管 熱製程中一般使用的工具 一般稱為擴散爐 石英管內部有一陶瓷內襯稱為蒙浮(muffle) 屬於多重管路系統Hong Xiao, Ph. D.8www2.austin.cc.tx.
4、us/HongXiao/Boo k.htm氣體輸 送系統製程爐管排氣裝載系統控制系統水平式爐管的佈局圖Hong Xiao, Ph. D.9www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm電腦微控器微控器微控器微控器微控器爐管界面電 路板排氣界 面電路 板氣體面板 界面電路 板裝載站 界面電 路板真空系統 界面電路 板高溫爐控制系統功能圖Hong Xiao, Ph. D.10www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm至製程 爐管MFCMFCMFC控制閥調壓器氣體鋼瓶氣體輸送系統示意圖Hong Xiao, Ph. D.11www2.
5、austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm源氣櫃 氣體源 氧 水蒸氣 氮 氫 氣體控制面板 流量控制器 流量計Hong Xiao, Ph. D.12www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm氧化的氧來源 乾式氧化-高純度的氧氣 水蒸氣 氣泡式系統 沖洗式系統 氫和氧, H2 + O2 H2O 氯源,再匣極氧化過程抑制移動的離子 無水氯化氫,HCl 三氯乙烯 (TCE),三氯乙烷 (TCA)Hong Xiao, Ph. D.13www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm擴散源 P型摻雜物 B2H6,
6、 燒焦巧克力和太甜的味道 有毒易燃且易爆的 N型摻雜物 PH3, 腐魚味 AsH3, 像大蒜的味道 有毒易燃且易爆的 吹除淨化的氣體 N2Hong Xiao, Ph. D.14www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm沉積源 做為多晶矽和氮化矽沉基的矽源: 矽烷, SiH4, 會自燃, 有毒且易爆炸 二氯矽烷, SiH2Cl2, 極易燃 氮化矽沉積的氮源: NH3, 刺鼻的, 讓人不舒服的味道, 具腐蝕性 多晶矽沉基的摻雜物 B2H6, PH3 和 AsH3 吹除淨化的氣體 N2Hong Xiao, Ph. D.15www2.austin.cc.tx.us/
7、HongXiao/Boo k.htm退火源 高純度的氮氣 ,大部分的退火製程使用. H2O 經常做為PSG 或 BPSG 再流動製程十 的周圍氣體. 在淺溝絕緣槽製程中的未摻雜矽玻璃化學 機械研磨製程，氧氣用退火製程中使用. 較低等級的氮氣使用在閒置吹除淨化製程.Hong Xiao, Ph. D.16www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm排氣系統 再釋放前要先移除有害的氣體 有毒的,易燃的,易爆炸的,具腐蝕性的氣體. 燃燒室移除大部分有毒的,易燃的,易爆炸的 氣體 洗滌室用水移除燃燒後的氧化物和具腐蝕 性的氣體. 處理後的氣體排放到大氣.Hong Xia
8、o, Ph. D.17www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm裝載晶圓, 水平式系統到排氣 端製程爐管晶舟 承載架製程氣 體晶圓Hong Xiao, Ph. D.18www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm裝載晶圓, 垂直式系統晶圓塔架Hong Xiao, Ph. D.19www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm 熱製程對溫度相當的敏感 必要的精密溫度控制 0.5 C ,中央區帶 0.05% 在 1000 C溫度控制Hong Xiao, Ph. D.20www2.austin.cc
9、.tx.us/HongXiao/Boo k.htm溫度控制系統 熱偶與反應管接觸 成比例的能帶控制器將功率饋入加熱線圈 加熱功率與設定點和測量點的差值成比例Hong Xiao, Ph. D.21www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm反應室 高純度石英 高溫穩定性 適當基本的清洗 缺點 易碎的 一些金屬離子 不能作為鈉的屏障 高於1200 C可能產生冰晶雪花般多晶態結 構Hong Xiao, Ph. D.22www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm水平式高溫爐中心帶區平坦帶區距離溫度加熱線圈石英 爐管氣流晶圓Hong
10、Xiao, Ph. D.23www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm製程反應 室晶圓塔架加熱器垂直式高溫爐, 製程位置Hong Xiao, Ph. D.24www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm石英爐管 電融合 火焰融合 兩者可用來追蹤金屬量 火焰融合管產生的元件具有較佳的特性.Hong Xiao, Ph. D.25www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm石英管清洗 對沉積高溫爐製程避免粒子污染物特別 重要 在生產工廠外面, 反應室外 氫氟酸 (HF)儲存槽 每一次移除石英的薄層
11、 受限於石英關的生命期 反應室內部清洗 在管的內部產生電漿 在電漿中從 NF3 分解離開污染物產生氟元素 自由基Hong Xiao, Ph. D.26www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm碳化矽管 優點 較高的熱穩定性 較好的金屬離子阻擋 缺點 比較重 比較貴Hong Xiao, Ph. D.27www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm溫度控制 反-彎曲 法 向製程溫度傾斜 較低溫時慢慢的裝載晶圓 (閒置溫度, 800 C) 在一個較短的穩定週期之後，使溫度向製程 點傾斜 慢速裝載 1 英吋 / 分鐘 200 片六吋
12、晶圓溫度約下降50 C的熱容量Hong Xiao, Ph. D.28www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm水平式高溫爐 包含34個爐管 (反應室) 每一個爐管的溫度控制系統分開Hong Xiao, Ph. D.29www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm水平高溫爐中心帶區平坦帶區距離溫度加熱線圈石英 爐管氣流晶圓Hong Xiao, Ph. D.30www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm高溫爐 晶圓清洗站 晶圓裝載站 手動晶圓裝載 自動晶圓裝載 氧化製程自動化Hong Xiao
13、, Ph. D.31www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm垂直石英爐 製程管以垂直方向置放 較小的佔地面積 較好的污染物控制 較好的晶圓控制 較低的維護成本和較高的晶圓處理量Hong Xiao, Ph. D.32www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm製程反應室晶圓塔架加熱器垂直高溫爐,裝載和卸載的位置Hong Xiao, Ph. D.33www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm較小的佔地空間 先進生產工廠的無塵室空間相當昂貴 小的佔地面積降低建造成本 【cost of owne
14、rship (COO)】Hong Xiao, Ph. D.34www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm較好的污染物控制 氣體流動從上到下 對於層氣流的控制有較好的均勻性 粒子大部分落在最上面的晶圓，而不會 掉到底下的晶圓Hong Xiao, Ph. D.35www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm較好的晶圓控制 當控制較大直徑尺寸的晶圓數量時，作 用在水平爐管的承載架的力矩也很高 在垂直高溫爐的晶圓塔架則是零力矩Hong Xiao, Ph. D.36www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k
15、.htm硬體概要 高溫爐經常使用在加熱製程 高溫爐一般包括控制系統、氣體輸送系 統、製程爐管或反應室、晶圓裝載系統 和氣體排放系統. 垂直高溫爐因為有較小的佔地面積、較 好的污染物控制和較低的維護成本因此 被廣泛使用. 精確的溫度控制和均勻性是加熱製程主 要成功的必要因素.Hong Xiao, Ph. D.37www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm氧化Hong Xiao, Ph. D.38www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm氧化 簡介 應用 機制 製程 系統 快速加熱氧化Hong Xiao, Ph. D.39www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm簡介 矽和氧產生反應 產生穩定的氧化物 廣泛的使用在 IC 製造Si + O2 SiO2Hong Xiao, Ph. D.40www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Boo k.htm二氧化矽矽O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2原始的矽表面45%55%O2O2O2O2O2矽氧化製程H
