1、 國立清華大學奈微與材料科技中心硼擴散爐管 (Bank1-2)操作手冊 中華民國九十九年十一月四日1一. 目的利用摻質再高溫下對矽所具備的較高的擴散能力，來製作半導體元件所需要的 P 型的半導體區域。二. 適用範圍1. Stop Etching2. Wafer Size：4 吋 Silicon Wafer3. Temperature：1150三. 使用氣體及擴散材料N2、O 2、硼片B+：GS-245四. 操作前注意事項1. 經深蝕刻的晶片及含有金屬或有機物的晶片不可進入 1-2 硼擴散爐管。2. 確認爐管的氧氣、氫氣、氮氣存量是否足夠旁壓力表值如圖(1)、圖(2)所示：氧氣壓力 20 PSI
2、、氮氣壓力 20 PSI。氮氣 stand by 流量：2000 sccm，刻度 40。氮氣製程流量：6000 sccm，刻度 120。高氧流量50%：3000 sccm，刻度 66。低氧流量2% ：114 sccm，刻度 114。3. 晶片須經標準清洗，標準清洗注意事項為：1 晶片上不可含有有機物，如光阻。2 晶片上不可含有金屬。4. 檢查支撐架石英部分與石英管爐管口是否密合，若沒有請通知設備負責人。支撐架石英部分若與爐口有一縫隙，且此縫隙寬度又大於石英爐門之厚度，會使得石英爐門掉入縫隙中，造成石英晶棒、石英爐門破裂，如圖(3)所示。25. 卡機靠卡，輸入密碼，如圖(4)所示。6. 打開 p
3、ower 開關，接著打開升溫系統開關，如圖(5)所示，確認三段溫控皆設定為 650，等到三段溫控皆升溫到 650時，方可開始下一步動作升溫速率為每分鐘 10，如圖(6)所示。五. 硼活化製程step Rate/time Temp Gas Flow rate1. Loading 4 / min 800 N2+10% O2 6 lpm2. Stabilize 5 10min 800 N2+10% O2 6 lpm2. Ramp up 10 / min 1050 N2 6 lpm4. Hold 1 hrs 1050 N2 6 lpm5. Ramp down 10 / min 800 N2 6 lpm
4、6. Un-Loading 4 / min 800 N2 6 lpm10% O2：調整高氧流量為 600sccm，刻度 13。六. 硼擴散製程1. 確認爐管溫度是否在 650，如圖(6)所示。2. 填寫操作記錄表。3. 將氮氣流量升高至 6000 sccm，刻度 120。4. 將三段溫控表值的設定溫度由 650設定成 800。5. 等到溫三段溫控皆升溫到 800，拉出晶舟，放晶片，蓋上爐門：1 將硼擴散爐管晶舟推進器控制面板電源打開，如圖(7)所示，往上扳。2 然後如圖(8)所示，按下 Unload 鈕，手動將爐門向外移動約 3 5 公分，再按下 Auto/Manual 鈕，切換至 Auto
5、狀態，爐門以自動緩慢速3度拉出，晶舟至爐管口時停 5 10 分鐘，再以自動的方式拉出。Rate in 及 Rate out 的速度須在 4.0 in/min 以下。3 等拉出的動作自動停止。4 放晶片注意事項： 要進行 Doping 的面朝硼片。 大平邊朝下。可用如圖(9)之平邊對準器，將所有晶片之大平邊朝下。5 按下 load 鈕，使之自動將晶舟推入。晶舟至爐管口時停 5 10 分鐘，然後再以自動的方式送入。爐門距爐口 3 5 公分時，按下Auto/Manual 鈕，切換至手動狀態，按 load 鍵慢慢將爐門蓋上爐口，聽到喀一聲，再快速按一次 load 鍵即可應該會聽到第二聲喀，若沒聽到第二
6、聲請勿再按 load 鍵，以免將整個爐管往前推擠，造成石英爐管損傷。6 將硼擴散爐管晶舟推進器控制面板電源關閉。46. 升溫：1 將三段溫控表值的設定溫度由 800設定成製程溫度。設定方式：首先按下 鍵，此時數字會閃動，按 鍵去選擇 要更改的位置， 鍵可以變更數字大小，待設定完成後，按 下 Mode 鍵，即完成設定。2 注意三個溫控表值皆須同步設定，以免因三段加熱器溫差過大造成內部石英製品損壞。3 升溫系統內部已有設定升溫速率為每分鐘 10，升溫時速率若是過快會引發振鈴RINGING現象，使溫度久久無法穩定，將會影響製程品質。4 兩個超溫控制不得變更其設定，三段溫控僅可變更溫度設定處，其他部分
7、不得變更，如因人為操作並未依照規定致使升溫系統出問題亦或導致爐管內物品損壞，所有損失將由使用者負責賠償。7. 製程開始：此爐管所使用的通氣方式與製程溫度時間皆由使用者自行決定。以下為廠商依照此硼片GS245所提供之製程方式，僅供使用者參考，製程控制面板如圖(10)所示。1 由 800升溫至製程溫度這段時間，需打開製程控制面板的氧氣總開關B 開關 ，再打開低氧 E 開關，使爐管通低氧，確認低氧流量為 114 sccm，刻度為 114。2 升溫至製程溫度後，一樣是通低氧，流量不變，自行計時製程所需之時間。3 製程時間到，將三段溫控表值的設定溫度設回 800，再關閉製程5控制面板上低氧E 鍵，打開高
8、氧D 鍵，流量為 3000 sccm，刻度 66。4 爐管降溫至 800後，關閉高氧D 鍵，打開低氧 E 鍵，接著拉出晶舟，取出晶片，推入晶舟，步驟如前所述。step Rate/time Temp Gas Flow rate1. Loading 4 / min 800 N2+12% O2 6 lpm2. Stabilize 5 10min 800 N2+12% O2 6 lpm2. Ramp up 10 / min 1100 N2+12% O2 6 lpm4. Hold 自行決定製程時間 1100 N2+12% O2 6 lpm5. Ramp down 10 / min 800 N2+150%
9、 O2 6 lpm6. Un-Loading 4 / min 800 N2+12% O2 6 lpm8. 晶片取出且晶舟推回爐管中後，關閉低氧E 開關，關閉氧氣總開關B開關，氮氣流量調低至 2000 sccm刻度 40，同時將三段溫控表值的設定溫度設成 650。9. 拉出晶舟時需特別注意石英晶舟是否有黏住爐管之現象，1-2 硼擴散爐管在做完製程後有很高之機率會發生黏住晶舟的情況。 拉出石英晶舟時若發生晶棒與其夾具 如圖(11)所示脫落時，請告知設備或製程人員來處理。 若降溫至 800後，石英晶舟黏住爐管，晶舟推進器拉不出來，則請再降溫至 400再行拉出，若晶舟還是拉不出，請告知設備或製程負責人處理。晶舟拉不出來時，請千萬不要自行鬆開石英晶棒夾具用手強拉，強拉晶舟會造成晶棒斷裂或晶舟斷裂、崩裂，嚴重的話會造成石英爐管破裂。若未告知設備或製程負責人而自行強拉晶舟，而造成晶棒、晶舟斷裂損壞者，中心將向不當使用者收取賠償費用。石英晶棒 3200 元、石英晶舟 16000 元，石英爐管 65000。6硼擴散時間-深度關係圖
