半导体基础制程

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1、#1半导体制程简介半导体制程微机电制作技术，尤其是授人宗以硅半导体为棊础的微细加工技术(silicon-basedmicromachining),原本就肇源于半导体组件的制程技术,所以必须先介绍淸楚这类制程，以免沦于夏虫语冰的窘态。一、洁净室一般的机械加工是不需要洁净室(cleanroom)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比口常环境的微尘颗粒为人。们•进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米汁算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上粘密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中,这就

2、是洁净室的來山。洁净室的洁净等级，冇一公认的标准，以class10为例，意谓在单位立方英呎的洁净室空间内，平均只冇粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小，洁净度越住，当然其造价也越昂贵(参见图2・1)。为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如F：1、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。2、为保持温度与湿度的恒定，人型空调设备须搭配于前述Z鼓风加压系统小。换言Z,鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀Z室内空间设计或机台摆放调配，

3、使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。5、所冇人事物进出，都必须经过空气吹浴(airshower)的程序，将表面粉尘先行去除。6、人体及衣物的毛屑是一项主耍粉尘來源，为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内,工作人员儿乎穿戴得像航犬员一样。)当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。7、除了空气外，水的使用也只能限用去离子水(DIwater,de・ionizedwater)。一则防止水屮粉粒污染晶圆，二则防止水小重金属离子，如钾、钠离子污染金氧半(MOS)晶体管结构Z带电

4、载子信道(carrierchannel),影响半导体组件的工作特性。去离子水以电阻率(resistivity)來定义好坏，一般耍求至17.5MQ-cm以上才算合格；为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与UV紫外线杀菌等巫巫关卡，才能放行使用。由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂，其在半导体工业之使用量极为惊人！8、洁净室所有用得到的气源，包括吹干晶闘及机台空压所需要的，都得使用氮气(98%),吹干晶闘的氮气英至要求99.8%以上的高纯氮！以上八点说明是最基木的要求，另还冇污水处理、废气排放的环保问题，再再需要人笔人笔的建造与维护费用！二、晶圆制作硅晶I员I(siliconwafer)是

5、一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体，显然是经过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky)拉晶法(CZ法)。拉晶时，将特定晶向(orientation)的晶种(seed),浸入过饱和的纯硅熔汤(Melt)中，并同时旋转拉出,硅原子便依照晶种晶向，乖乖地-层层成长上去，而得出所谓的晶棒(ingot)。晶棒的阻值如果太低，代表其中导电杂质(impuritydopant)太多，还需经过FZ法(floating-zone)的再结晶(re-crystallization),将杂质逐出，提高纯度与阻值。辅拉出的晶棒，外缘像椰子树干般，外径不茯一致，需予以机

6、械加工修边，然后以X光绕射法，定出主切面（primaryflat）的所在，序出该平面；再以内刃环锯，削下一片片的硅晶圆。最后经过粗磨（lapping）.化学蚀平（chemicaletching）与拋光（polishing）等程序，得出具表面粗糙度在0.3微米以下拋光面之晶圆。（至于晶I员1厚度，与其外径有关。）刚才题及的晶向，与硅晶体的原子结构冇关。硅品体结构是所谓「钻石结构」（diamond-structure）,系由两组面心结构（FCC）,相距（1/4,1/4,1/4）晶格常数（latticeconstant；即立方晶格边长）叠合而成。我们依米勒指针法（Millerindex）,可

7、定义出诸如:｛100｝、｛111｝、｛110｝等晶面。所以晶圆也因之有｛100｝、｛111｝、｛110｝等之分野。有关常用硅晶圆之切边方向等信息，请参考图2■乙现今半导体业所使用Z硅晶I员1,大多以｛100｝硅晶圆为主。其可依导电杂质Z种类，再分为p型（周期表III族）与n型（周期衣V族）。由于硅品外貌完全相同，品圆制造厂因此在制作过程小，加工了供辨识的记号：亦即以是否有次耍切而（secondaryflat）來分辨。该次切面与主切而垂直，p型晶