半導體製程設備技術(2版)

序
致謝

第○章 設備維修需具備的知識技能以及半導體導論篇
0.1 設備維修該有的認知及態度
0.2 設備安全標示的認識
0.2.1 設備安全標示的認識
0.2.2 個人防護裝備的認識
0.3 設備機電系統的定義及分類
類比控制系統
數位控制系統
0.4 設備控制系統
0.5 常見電路圖圖示認識
0.6 半導體導論
參考文獻

第一章 擴散設備（Diffusion）篇
1.1 爐管（Furnace）
1.1.1 爐管設備系統架構
1.1.2 爐管製程介紹
1.1.3 製程程序步驟（Recipe）介紹
1.1.4 經驗分享
1.2 離子植入（Ion Implant）
1.2.1 離子植入製程基礎原理
1.2.2 離子植入機設備系統簡介
1.2.3 離子植入製程在積體電路製程的簡介
1.2.4 離子植入製程後的監控與量測
1.2.5 離子植入機操作注意事項
1.2.6 離子植入製程問題討論與分析
參考文獻

第二章 濕式蝕刻與清潔設備（Wet Bench）篇
2.1 濕式清洗與蝕刻的目的及方法
2.1.1 濕式清洗的目的
2.1.2 濕式蝕刻的目的
2.1.3 污染物對半導體元件電性的影響
2.2 晶圓表面清潔與蝕刻技術
2.2.1 晶圓表面有機汙染（Organic Contamination）洗淨
2.2.2 晶圓表面原生氧化層的移除
2.2.3 晶圓表面洗淨清潔技術
2.2.4 晶圓表面濕式蝕刻技術
2.3 化學品供應系統
2.3.1 化學品分類
2.3.2 化學品供應系統
2.4 Wet Bench結構與循環系統
2.4.1 濕式蝕刻及清潔設備（Wet Bench）結構
2.4.2 濕式蝕刻及清洗設備（Wet Bench）傳動系統
2.4.3 循環系統與乾燥系統
參考文獻 133

第三章 薄膜設備（Thin Films）篇
3.1 電漿（Plasma）
3.1.1 電漿產生的原理
3.1.2 射頻電漿電源（RF Generator）的功率量測儀器
3.2 化學氣相沉積設備系統（Chemical Vapor Deposition, CVD）
3.2.0 簡介
3.2.1 電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）
3.2.2 新穎化學氣相沉積系統與磊晶系統（ALD、MBE、MOCVD）
3.3 物理氣相沉積設備系統（Physical Vapor Deposition, PVD）
3.3.1 熱蒸鍍
3.3.2 電子束蒸鍍
3.3.3 濺鍍
參考文獻

第四章 乾式蝕刻設備（Dry Etcher）篇
4.0 前言
4.0.1 乾式蝕刻機（Dry Etcher）
4.0.2 蝕刻腔體設計概念（Design Factors）
4.1 各種乾式蝕刻腔體設備介紹
4.1.1 反應式離子蝕刻機（Reactive Ion Etcher, RIE）
4.1.2 三極式電容偶合蝕刻系統（Triode RIE）
4.1.3 磁場增進式平行板電極（Magnetically Enhance RIE, MERIE）
4.1.4 高密度電漿蝕刻腔體（High Density Plasma Reactors）
4.1.5 多極式磁場侷限式電漿（Magnetic Multipole Confinement, MMC）
4.1.6 電感應偶合電漿（Inductive Couple Plasma, ICP）
4.1.7 電子迴旋共振式電漿（Electron Cyclotron Resonance, ECR）
4.1.8 螺旋微波電漿源（Helicon Wave Plasma Source, HWP）
4.2 晶圓固定與控溫設備
4.3 終點偵測裝置（End Point Detectors）
4.4 乾式蝕刻製程（Dry Etching Processes）
4.4.1 乾式蝕刻與濕式蝕刻的比較
4.4.2 乾式蝕刻機制
4.4.3 活性離子蝕刻的微觀現象
4.4.4 各式製程蝕刻說明
4.5 總結
參考文獻

第五章 黃光微影設備（Photolithography）篇
5.1 前言
5.2 光阻塗佈及顯影系統（Track system : Coater / Developer）
5.2.1 光阻塗佈系統（Coater）
5.2.2 顯影系統（Developer）
5.3 曝光系統（Exposure System）
5.3.1 光學微影（Optical Lithography）
5.3.2 電子束微影（E-beam Lithography）
5.4 現在與未來
5.4.1 浸潤式微影（Immersion Lithography）
5.4.2 極紫外光微影（Extreme Ultraviolet Lithography）
5.4.3 多電子束微影（Multi-Beam Lithography）
5.5 工作安全提醒
參考文獻

第六章 研磨設備（Polishing）篇
6.1 前言
6.2 化學機械研磨系統（Chemical Mechanical Polishing, CMP）
6.2.1 研磨頭
6.2.2 研磨平臺
6.2.3 研磨漿料控制系統
6.2.4 清洗／其他
6.3 研磨漿料（Slurry）
6.4 化學機械研磨製程中常見的現象
6.5 化學機械研磨常用的化學品
參考文獻

第七章 IC製造概述篇
7.1 互補式金氧半電晶體製造流程（CMOS Process Flow）
前段製程（FEOL）
後段製程（BEOL）
7.2 CMOS閘極氧化層陷阱電荷介紹
四種基本及重要的電荷
高頻的電容對電壓特性曲線（C-V curve）
參考文獻

第八章 控制元件檢測及維修篇
8.1 簡介
8.2 維修工具的使用
8.2.1 一般性維修工具組
8.2.2 三用電表的使用
8.2.3 示波器（Oscilloscope）的使用
8.2.4 數位邏輯筆的使用
8.3 設備機台常見的控制元件與儀表控制器
8.3.1 電源供應器（Power Supply）
8.3.2 溫度控制器（Temperature Controller）
8.3.3 伺服與步進馬達（Servo and Stepping Motor）
8.3.4 質流控制器（Mass Flow Controller, MFC）
8.3.5 電磁閥（Solenoid Valve）
8.3.6 感測器（Sensor）
8.3.7 可程式邏輯控制器（PLC）
參考文獻

索引

序

　　隨著產業的升級，半導體科技迅速的發展，使得積體電路(IC)日益蓬勃成熟。如同摩爾定律(Moore’s Law)所預測的，由於元件的尺寸不斷地微縮化 (Scaling)至奈米(nm)尺寸，導致積體電路的製造技術也變得更為複雜，當然製程設備也不斷的遭遇更大的挑戰。

　　回想起本人於學生時代第一次接觸半導體時，心裡便覺得「這根本就是一門藝術學」，因為在晶圓(Wafer)上的元件(Device)製作，根本不是肉眼所能看見的，從此便開啟了本人對於半導體的興趣及鑽研。而在任職於國家級半導體實驗室的那段期間，有多次機會被指派擔任來賓參訪的解說，在過程中我最喜歡引用比薩(Pizza)的製作方式來比喻IC的製造流程：比薩的餅皮就像晶圓一樣，可做為基底材料，如果今天客戶(例如IC設計公司)預訂了一個夏威夷口味，那比薩店(晶圓廠)就要開始先定義哪裡要放鳳梨，哪裡要放火腿(如黃光微影製程)，緊接著在預定要放鳳梨及火腿的區域挖一個小凹槽(如乾式或濕式蝕刻)，然後凹槽上放上預定的鳳梨或火腿(如沉積或熱成長)，最後將整個比薩送進烤箱裡烘烤(如回火製程)。烘烤完成後，再將比薩做切割，當然每一小片都是符合客戶所要的夏威夷口味(功能)。所以，如果客戶是要以每一小片來議價時，那可將餅皮的尺寸做的大一點，完成一次的工，可提供夏威夷口味的片數就變多，成本自然可降低。所以晶圓廠才會從6吋、8吋、12吋，甚至未來的18吋晶圓廠一直蓋下去。

　　當初發起這個構想撰寫這本半導體書籍，主要是想提供給讀者一個更多元化的的選擇。而會邀請這麼多的作者一同來撰寫，主要是希望能藉由各位作者在各領域的專長與多年經驗，匯集成深入淺出的專業知識，與各位讀者分享。本人所撰寫的部分為第0章0.6節半導體導論、第1章1.1節爐管(Furnace)、第3章3.1節電漿(Plasma) 、第3章3.3節物理氣相沉積設備系統(PVD)以及第7章IC製造概述篇。而第0章0.1~0.5節設備維修需具備的知識技能、第2章濕式蝕刻與清潔設備(wet bench)篇及第8章控制元件檢測及維修篇為鍾昌貴先生所撰寫。第3章3.2節化學氣相沉積設備系統(CVD)及第4章乾式蝕刻設備(Dry Etcher)篇為沈志彥先生所撰寫。第6章研磨設備(Polish)篇為李美儀博士所撰寫。第5章黃光微影設備(Photolithography)篇為吳鴻佑先生所撰寫。第1章1.2節離子植入(Ion Implant)為詹家瑋先生所撰寫。全文由交通大學吳耀銓教授校閱。希望對於半導體有興趣的同學或讀者們，能藉由此書培養扎實的基礎與實際應用的能力；而對於半導體領域已有相當認識的讀者們，也能藉由此書，將已學的知識更加融會貫通，以期更有效率的的解決問題。最後，希望大家都能對於半導體機台設備及其製程技術，有一個全觀的認識，以提升職場的競爭力。