半导体制程05.ppt

Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm Chapter 5加熱製程 Hong Xiao, Ph. D. hxiao89@ 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 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 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 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 積體電路製程流程 硬體總覽 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 水平式爐管的佈局圖 高溫爐控制系統功能圖 氣體輸送系統示意圖 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 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) 擴散源 P型摻雜物 B2H6, 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 N2 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 N2 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. 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. 裝載晶圓, 水平式系統 裝載晶圓, 垂直式系統 溫度控制 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 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 水平式高溫爐 垂直式高溫爐, 製程位置 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. 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 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 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 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 片六吋晶圓溫度約下降50 °C的熱容量 水平式高溫爐 包含3~4個爐管 (反應室) 每一個爐管的溫度控制系統分開 水平高溫爐 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 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 垂直高溫爐,裝載和卸載的位置 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 ownership (COO)】 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 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 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