半导体制造基本概念

1、半导体制造基本概念晶圆（Wafer）晶圆（Wafer）的生产由砂即（二氧化硅）开始，经由电弧炉的提炼还原成 冶炼级的硅，再经由盐酸氯化，产生三氯化硅，经蒸馏纯化后，透过慢速分 解过程，制成棒状或粒状的多晶硅。一般晶圆制造厂，将多晶硅融解 后，再利用硅晶种慢慢拉出单晶硅晶棒。一支85公分长，重76.6公斤的8? 硅晶棒，约需2天半时间长成。经研磨、?光、切片后，即成半导体之原料 晶圆片。 光学显影围光学显影是在光阻上经过曝围光和显影的程序，把光罩上的图形围转换到光阻 下面的薄膜层或硅晶围上。光学显影主要包含了光阻涂布围、烘烤、光罩对准、 曝光和显影舷等程序。小尺寸之显像分辨率，更舷在 IC 制程

2、的进步上，扮演着舷最关键的角色。由于光学上的需舷要，此段制程之照明采用偏黄色的舷可见光。因此俗称此区为 黄光区舷。干式蚀刻技术 在半舷导体的制程中，蚀刻被用来将某种舷材质自晶圆表面上移除。干式蚀刻秘（又称为电浆蚀刻）是目前最常用秘的蚀刻方式，其以气体作为主要的秘蚀刻媒介，并藉由电浆能量来驱动秘反应。电浆对蚀刻制程有物秘理性与化学性两方面的影响。首先秘，电浆会将蚀刻气体分子分解，产秘生能够快速蚀去材料的高活性分子秘。此外，电浆也会把这些化学成份秘离子化，使其带有电荷。晶孙圆系置于带负电的阴极之上，因此孙当带正电荷的离子被阴极吸引并加孙速向阴极方向前进时，会以垂直角孙度撞击到晶圆表面。芯片制造商即

3、孙是运用此特性来获得绝佳的垂直蚀孙刻，而后者也是干式蚀刻的重要角孙色。基本上，随着所欲去除孙的材质与所使用的蚀刻化学物质之孙不同，蚀刻由下列两种模式单独或题混会进行：1. 电浆内部题所产生的活性反应离子与自由基在题撞击晶圆表面后，将与某特定成份题之表面材质起化学反应而使之气化题。如此即可将表面材质移出晶圆表题面，并透过抽气动作将其排出。题2. 电浆离子可因加速而具题有足够的动能来扯断薄膜的化学键题，进而将晶圆表面材质分子一个个薯的打击或溅击（sputteri薯ng）出来。化学气相沉积薯技术化学气相沉积是制造微薯电子组件时，被用来沉积出某种薄薯膜(film)的技术，所沉积出薯的薄膜可能是介电材料

4、(绝缘体)薯(dielectrics)、导薯体、或半导体。在进行化学气相沉排积制程时，包含有被沉积材料之原排子的气体，会被导入受到严密控制排的制程反应室内。当这些原子在受排热的昌圆表面上起化学反应时，会排在晶圆表面产生一层固态薄膜。而排此一化学反应通常必须使用单一或排多种能量源(例如热能或无线电频排率功率)。CVD制程产生排的薄膜厚度从低于0.5微米到数排微米都有，不过最重要的是其厚度挝都必须足够均匀。较为常见的CV挝D薄膜包括有： 二气化挝硅（通常直接称为氧化层） 挝 氮化硅 多晶硅 挝 耐火金属与这类金属之其硅侣化物可作为半导体组件绝缘侣体的二氧化硅薄膜与电浆氮化物介侣电层（plasmas

5、 nitr侣ide dielectrics侣）是目前CVD技术最广泛的应用侣。这类薄膜材料可以在芯片内部构侣成三种主要的介质薄膜：内层介电侣层（ILD）、内金属介电层（I延MD）、以及保护层。此外、金层延化学气相沉积（包括钨、铝、氮化延钛、以及其它金属等）也是一种热延门的CVD应用。物理气相延沉积技术如其名称所示，物理延气相沉积（Physical V延apor Deposition延）主要是一种物理制程而非化学制元程。此技术一般使用氩等钝气，藉元由在高真空中将氩离子加速以撞击元溅镀靶材后，可将靶材原子一个个元溅击出来，并使被溅击出来的材质元（通常为铝、钛或其合金）如雪片元般沉积在晶圆表面。制程

6、反应室内元部的高温与高真空环境，可使这些元金属原子结成晶粒，再透过微影图元案化（patterned）与蚀匀刻，来得到半导体组件所要的导电迂电路。解离金属电浆（IM迂P）物理气相沉积技术解离迂金属电浆是最近发展出来的物理气迂相沉积技术，它是在目标区与晶圆迂之间，利用电浆，针对从目标区溅迂击出来的金属原子，在其到达晶圆迂之前，加以离子化。离子化这些金遥属原子的目的是，让这些原子带有遥电价，进而使其行进方向受到控制遥，让这些原子得以垂直的方向往晶遥圆行进，就像电浆蚀刻及化学气相遥沉积制程。这样做可以让这些金属遥原子针对极窄、极深的结构进行沟遥填，以形成极均匀的表层，尤其是遥在最底层的部份。高温制程遥

7、多晶硅（poly）通常用灶来形容半导体晶体管之部分结构：灶至于在某些半导体组件上常见的磊灶晶硅（epi）则是长在均匀的晶灶圆结晶表面上的一层纯硅结晶。灶多晶硅与磊晶硅两种薄膜的应用状灶况虽然不同，却都是在类似的制程灶反应室中经高温（600至12灶00）沉积而得。 即使快蓄速高温制程（Rapid The蓄rmal Processing蓄, RTP）之工作温度范围与多蓄晶硅及磊晶硅制程有部分重叠，其蓄本质差异却极大。RTP并不用来蓄沈积薄膜，而是用来修正薄膜性质蓄与制程结果。RTP将使晶圆历经蓄极为短暂且精确控制高温处理过程蓄，这个过程使晶圆温度在短短的1汛0至20秒内可自室温升到100汛0。RT

8、P通常用于回火制程（汛annealing），负责控制汛组件内掺质原子之均匀度。此外R汛TP也可用来硅化金属，及透过高汛温来产生含硅化之化合物与硅化钛汛等。最新的发展包括，使用快速高汛温制程设备在晶极重要的区域上，崖精确地沉积氧及氮薄膜。离煮子植入技术离子植入技术可煮将掺质以离子型态植入半导体组件煮的特定区域上，以获得精确的电子煮特性。这些离子必须先被加速至具煮有足够能量与速度，以穿透（植入煮）薄膜，到达预定的植入深度。离幼子植入制程可对植入区内的掺质浓幼度加以精密控制。基本上，此掺质幼浓度（剂量）系由离子束电流（离幼子束内之总离子数）与扫瞄率（晶幼圆通过离子束之次数）来控制，而幼离子植入之深度

9、则由离子束能量之幼大小来决定。化学机械研磨幼技术化学机械研磨技术（Ch樟emical Mechanic樟al Polishing, C酗MP）兼其有研磨性物质的机械式酗研磨与酸碱溶液的化学式研磨两种酗作用，可以使晶圆表面达到全面性酗的平坦化，以利后续薄膜沉积之进酗行。 在CMP制程的硬设备中，迂研磨头被用来将晶圆压在研磨垫上迂并带动晶圆旋转，至于研磨垫则以迂相反的方向旋转。在进行研磨时，迂由研磨颗粒所构成的研浆会被置于迂晶圆与研磨垫间。影响CMP制程迂的变量包括有：研磨头所施的压力迂与晶圆的平坦度、晶圆与研磨垫的迂旋转速度、研浆与研磨颗粒的化学迂成份、温度、以及研磨垫的材质与迂磨损性等等。制程

10、监控 陨在下个制程阶段中，半导体商用陨CD-SEM来量测芯片内次微米陨电路之微距，以确保制程之正确性陨。一般而言，只有在微影图案（p陨hotolithographi陨c patterning）与后陨续之蚀刻制程执行后，才会进行微陨距的量测。光罩检测（Re陨tical Inspectio陨n）光罩是高精密度的石英平板哲，是用来制作晶圆上电子电路图像哲，以利集成电路的制作。光罩必须哲是完美无缺，才能呈现完整的电路哲图像，否则不完整的图像会被复制哲到晶圆上。光罩检测机台则是结合哲影像扫描技术与先进的影像处理技哲术，捕捉图像上的缺失。 当晶圆哲从一个制程往下个制程进行时，图哲案晶圆检测系统可用来检测出

11、晶圆哲上是否有瑕疵包括有微尘粒子、断哲线、短路、以及其它各式各样的问恿题。此外，对已印有电路图案的图恿案晶圆成品而言，则需要进行深次恿微米范围之瑕疵检测。 一般来说恿，图案晶圆检测系统系以白光或雷恿射光来照射晶圆表面。再由一或多恿组侦测器接收自晶圆表面绕射出来恿的光线，并将该影像交由高功能软恿件进行底层图案消除，以辨识并发恿现瑕疵。切 割 恿晶圆经过所有的制程处理及测试后痈，切割成壹颗颗的IC。举例来说贮：以0.2 微米制程技术生产，贮每片八?季采峡芍谱鹘?六百颗贮以上的64M DRAM。贮封 装制程处理的最后贮一道手续，通常还包含了打线的过贮程。以金线连接芯片与导 线架的贮线路，再封装绝缘的

12、塑料或陶瓷外贮壳，并测试IC功能是否正常。由贮于切割与封装所需技术层面比较不舟高， 因此常成为一般业者用以介钝入半导体工业之切入点。3钝00mm为协助晶圆制造厂钝克服300mm晶圆生产的挑战，钝应用材料提供了业界最完整的解决钝方案。不但拥有种类齐全的300钝mm晶圆制造系统，提供最好的服钝务与支持组织，还掌握先进制程与钝制程整合的技术经验；从降低风险钝、增加成效，加速量产时程，到协靛助达成最大生产力，将营运成本减靛到最低等，以满足晶圆制造厂所有靛的需求。应用材料的300靛mm全方位解决方案，完整的产品靛线为：高温处理及离子植入靛设备(Thermal Proc靛esses and Impla靛n

13、t) 介质化学气相沉积(靛DCVD：Dielectric靛Chemical Vapor靛Deposition) 靛金属沉积(Metal Depo靛sition) 蚀刻(Et靛ch) 化学机械研磨(CM靛P：Chemical Mech靛anical Polishin靛g) 检视与量测(Insp靛淀ogy) 制造执行系统(M答ES：Manufacturin答g Execution Sys答tem) 服务与支持(Se答答)铜制程技术 在传统答铝金属导线无法突破瓶颈之情况下答，经过多年的研究发展，铜导线已答经开始成为半导体材料的主流，由颁于铜的电阻值比铝还小，因此可在颁较小的面积上承载较大的电流，让颁厂商得以生产速度更快、电路更密颁集，且效能可提升约30-40颁的芯片。亦由于铜的抗电子迁移（颁electro-migrati颁on）能力比铝好，因此可减轻其颁电移作用，提高芯片的可靠度。在颁半导体制程设备供货商中，只有应颁用材料公司能提供完整的铜制程全颁方位解决方案与技术，包