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半導(dǎo)體制程潔凈室及晶圓制造
發(fā)布時(shí)間： 2008-4-18 9:29:59
一、潔凈室
一般的機(jī)械加工是不需要潔凈室(cleanroom)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。但進(jìn)入半導(dǎo)體組件或微細(xì)加工的世界，空間單位都是以微米計(jì)算，因此微塵顆粒沾附在制作半導(dǎo)體組件的晶圓上，便有可能影響到其上精密導(dǎo)線布局的樣式，造成電性短路或斷路的嚴(yán)重后果。
為此，所有半導(dǎo)體制程設(shè)備，都必須安置在隔絕粉塵進(jìn)入的密閉空間中，這就是潔凈室的來(lái)由。潔凈室的潔凈等級(jí)，有一公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，以class10為例，意謂在單位立方英呎的潔凈室空間內(nèi)，平均只有粒徑0.5微米以上的粉塵10粒。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。
為營(yíng)造潔凈室的環(huán)境，有專業(yè)的建造廠家，及其相關(guān)的技術(shù)與使用管理辦法如下：
1、內(nèi)部要保持大于一大氣壓的環(huán)境，以確保粉塵只出不進(jìn)。所以需要大型鼓風(fēng)機(jī)，將經(jīng)濾網(wǎng)的空氣源源不絕地打入潔凈室中。
2、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。換言之，鼓風(fēng)機(jī)加壓多久，冷氣空調(diào)也開(kāi)多久。
3、所有氣流方向均由上往下為主，盡量減少突兀之室內(nèi)空間設(shè)計(jì)或機(jī)臺(tái)擺放調(diào)配，使粉塵在潔凈室內(nèi)回旋停滯的機(jī)會(huì)與時(shí)間減至最低程度。
4、所有建材均以不易產(chǎn)生靜電吸附的材質(zhì)為主。
5、所有人事物進(jìn)出，都必須經(jīng)過(guò)空氣吹浴(airshower)的程序，將表面粉塵先行去除。
6、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。)當(dāng)然，化妝是在禁絕之內(nèi)，鉛筆等也禁止使用。
7、除了空氣外，水的使用也只能限用去離子水(DIwater,de-ionizedwater)。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(carrierchannel)，影響半導(dǎo)體組件的工作特性。去離子水以電阻率(resistivity)來(lái)定義好壞，一般要求至17.5MΩ-cm以上才算合格；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。由于去離子水是最佳的溶劑與清潔劑，其在半導(dǎo)體工業(yè)之使用量極為驚人！
8、潔凈室所有用得到的氣源，包括吹干晶圓及機(jī)臺(tái)空壓所需要的，都得使用氮?dú)?98)，吹干晶圓的氮?dú)馍踔烈?9.8以上的高純氮！ 以上八點(diǎn)說(shuō)明是最基本的要求，另還有污水處理、廢氣排放的環(huán)保問(wèn)題，再再需要大筆大筆的建造與維護(hù)費(fèi)用!
二、晶圓制作
硅晶圓(siliconwafer)是一切集成電路芯片的制作母材。既然說(shuō)到晶體，顯然是經(jīng)過(guò)純煉與結(jié)晶的程序。目前晶體化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky)拉晶法(CZ法)。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)。晶棒的阻值如果太低，代表其中導(dǎo)電雜質(zhì)(impuritydopant)太多，還需經(jīng)過(guò)FZ法(floating-zone)的再結(jié)晶(re-crystallization)，將雜質(zhì)逐出，提高純度與阻值。
輔拉出的晶棒，外緣像椰子樹(shù)干般，外徑不甚一致，需予以機(jī)械加工修邊，然后以X光繞射法，定出主切面(primaryflat)的所在，磨出該平面；再以內(nèi)刃環(huán)鋸，削下一片片的硅晶圓。最后經(jīng)過(guò)粗磨(lapping)、化學(xué)蝕平(chemicaletching)與拋光(polishing)等程序，得出具表面粗糙度在0.3微米以下拋光面之晶圓。(至于晶圓厚度，與其外徑有關(guān)。)
剛才提及的晶向，與硅晶體的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。硅晶體結(jié)構(gòu)是所謂「鉆石結(jié)構(gòu)」(diamond-structure)，系由兩組面心結(jié)構(gòu)(FCC)，相距(1/4,1/4,1/4)晶格常數(shù)(latticeconstant；即立方晶格邊長(zhǎng))疊合而成。我們依米勒指針?lè)?Millerindex)，可定義出諸如：{100}、{111}、{110}等晶面。所以晶圓也因之有{100}、{111}、{110}等之分野。有關(guān)常用硅晶圓之切邊方向等信息，請(qǐng)參考圖2-2。 現(xiàn)今半導(dǎo)體業(yè)所使用之硅晶圓，大多以{100}硅晶圓為主。其可依導(dǎo)電雜質(zhì)之種類，再分為p型(周期表III族)與n型(周期表V族)。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(secondaryflat)來(lái)分辨。該次切面與主切面垂直，p型晶圓有之，而n型則闕如。
{100}硅晶圓循平行或垂直主切面方向而斷裂整齊的特性，所以很容易切成矩形碎塊，這是早期晶圓切割時(shí)，可用刮晶機(jī)(scriber)的原因(它并無(wú)真正切斷芯片，而只在表面刮出裂痕，再加以外力而整齊斷開(kāi)之。)事實(shí)上，硅晶的自然斷裂面是{111}，所以雖然得到矩形的碎芯片，但斷裂面卻不與{100}晶面垂直!
以下是訂購(gòu)硅晶圓時(shí)，所需說(shuō)明的規(guī)格：項(xiàng)目說(shuō)明
晶面{100}、{111}、{110}±1o
外徑(吋)3456
厚度(微米)300"450450"600550"650600"750(±25)
雜質(zhì)p型、n型
阻值(Ω-cm)0.01(低阻值)"100(高阻值)
制作方式CZ、FZ(高阻值)
拋光面單面、雙面
平坦度(埃)300"3,000
資訊來(lái)源：中國(guó)凈化工程網(wǎng) |
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