半導(dǎo)體工藝資料

1、DonaldDonald讀書手記讀書手記201020101.氧化（爐）（Oxidation）對硅半導(dǎo)體而言，只要在高于或等于1050℃的爐管中，如圖23所示，通入氧氣或水汽，自然可以將硅晶的表面予以氧化，生長所謂干氧層(dryzgateoxide)或濕氧層(wetfieldoxide)，當(dāng)作電子組件電性絕緣或制程掩膜之用。氧化是半導(dǎo)體制程中，最干凈、單純的一種；這也是硅晶材料能夠取得優(yōu)勢的特性之一（他種半導(dǎo)體，如砷化鎵GaAs，便無法用

2、此法成長絕緣層，因為在550℃左右，砷化鎵已解離釋放出砷）硅氧化層耐得住850℃~1050℃的后續(xù)制程環(huán)境，系因為該氧化層是在前述更高的溫度成長；不過每生長出1微米厚的氧化層，硅晶表面也要消耗掉0.44微米的厚度。以下是氧化制程的一些要點：（1）氧化層的成長速率不是一直維持恒定的趨勢，制程時間與成長厚度之重復(fù)性是較為重要之考量。（2）后長的氧化層會穿透先前長的氧化層而堆積于上；換言之，氧化所需之氧或水汽，勢必也要穿透先前成長的氧化層到硅

3、質(zhì)層。故要生長更厚的氧化層，遇到的阻礙也越大。一般而言，很少成長2微米以上之氧化層。（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）。前者厚度遠(yuǎn)小于后者，1000~1500埃已然足夠。（4）對不同晶面走向的晶圓而言，氧化速率有異：通常在相同成長溫度、條件、及時間下，111厚度≥110厚度＞100厚度。（5）導(dǎo)電性佳的硅晶氧化速率較快。（6）適

4、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。（7）氧化層厚度的量測，可分破壞性與非破壞性兩類。破壞性量測是在光阻定義阻絕下，泡入緩沖過的氫氟酸（BOE，BufferedOxideEtch，系HF與NH4F以1：6的比例混合而成的腐蝕劑）將顯露出來的氧化層去除，露出不沾水的硅晶表面，然后去掉光阻，利用表面深淺量測儀，得到有無氧化層之高度差，即其厚度。（8）非破壞性的測厚法，以橢偏儀(ellipsometer)或是毫微

5、儀（nanospec）最為普遍及準(zhǔn)確，前者能同時輸出折射率(refractiveindex；用以評估薄膜品質(zhì)之好壞)及起始厚度b與跳階厚度a(總厚度t=mab)，實際厚度(需確定m之整數(shù)值)，仍需與制程經(jīng)驗配合以判讀之。后者則還必須事先知道折射率來反推厚度值。（9）不同厚度的氧化層會顯現(xiàn)不同的顏色，且有2000埃左右厚度即循環(huán)一次的特性。有經(jīng)驗者也可單憑顏色而判斷出大約的氧化層厚度。不過若超過1.5微米以上的厚度時，氧化層顏色便漸不明顯

6、。2.擴(kuò)散（爐）（diffusion）1、擴(kuò)散攙雜DonaldDonald讀書手記讀書手記20102010公式；其中是電阻長度，可設(shè)計出所需導(dǎo)電區(qū)域之?dāng)U散程序。sLR??L4、擴(kuò)散之其它要點，簡述如下：(1)擴(kuò)散制程有批次制作、成本低廉的好處，但在擴(kuò)散區(qū)域邊緣，有側(cè)向擴(kuò)散的誤差，故限制其在次微米(submicron)制程上之應(yīng)用。(2)擴(kuò)散之后的阻值量測，通常以四探針法（fourpointprobemethod）行之，示意參見圖25。目

7、前市面已有多種商用機(jī)臺可供選購。(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。一微米厚之氧化層，已足敷一般擴(kuò)散制程之所需。3.化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapDeposition；CVD)到目前為止，只談到以高溫爐管來進(jìn)行二氧化硅層之成長。至于其它如多晶硅(polysilicon)、氮化硅(siliconnitride)、鎢或銅金屬等薄膜材料，要如何成長堆棧至硅

8、晶圓上？基本上仍是采用高溫爐管，只是沿著不同的化學(xué)沉積過程，有著不同的工作溫度、壓力與反應(yīng)氣體，統(tǒng)稱為「化學(xué)氣相沉積」。即是化學(xué)反應(yīng)，故免不了「質(zhì)量傳輸」與「化學(xué)反應(yīng)」兩部份機(jī)制。由于化學(xué)反應(yīng)隨溫度呈指數(shù)函數(shù)之變化，故當(dāng)高溫時，迅速完成化學(xué)反應(yīng)。換言之，整體沉積速率卡在質(zhì)量傳輸(diffusionlimited)；而此部份事實上隨溫度之變化，不像化學(xué)反應(yīng)般敏感。所以對于化學(xué)氣相沉積來說，如圖211所示，提高制程溫度，容易掌握沉積的速率或

9、制程之重復(fù)性。然而高制程溫度有幾項缺點缺點：1.高溫制程環(huán)境所需電力成本較高。2.安排順序較后面的制程溫度若高于前者，可能破壞已沉積之材料。3.高溫成長之薄膜，冷卻至常溫后，會產(chǎn)生因各基板與薄膜間熱脹縮程度不同之殘留應(yīng)力(residualstress)。所以，低制程溫度仍是化學(xué)氣相沉積追求的目標(biāo)之一，惟如此一來，在制程技術(shù)上面臨之問題及難度也跟著提高。以下，按著化學(xué)氣相沉積的研發(fā)歷程，分別簡介「常壓化學(xué)氣相沉積」、「低壓化學(xué)氣相沉積」、