半导体制程技术导论概要

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1、半導體製程技術導論槪要第一章導論•第一個電晶體是由威廉・肖克萊、約翰・巴定和華特・布萊登所發明的。•傑克・克畢和羅伯特・諾宜斯共同發明了積體電路。•分離式元件是單一的電子元件，如電阻器、電容器、二極體，或電晶體。一個積體電路元件是建造在同一塊基片上的功能電路，其內包含了許多電子元件0•摩爾定律預測晶片上的零組件數冃以每12個月到18個月成長一倍，但價格維持不變。•藉著縮小圖形尺寸'晶片尺寸會相對縮小'這使得每片晶圓上可容納更多的晶片。又藉由增加晶圓的尺寸，簿片晶圓就能產生更多的晶片。這兩種方式均可使積體電路晶片製造廠獲取史多的利潤。第二章積體電路生產的簡介•整體良率是指通

2、過最後測試的良好晶片(GoodChips)總數與用於生產之所有晶圓上的晶粒(Dies)總數的比値。•良率決定一座IC晶片生產工廠是賠錢還是賺錢o•無塵室是一個可以掌控的環境。其透過空氣過濾器以及對氣流、氣壓、溫度和濕度的控制'可讓空氣中的微粒濃度一直保持在很低的狀態。•嚴格遵守無塵室的協議規範是很重要的，這樣才可以降低會影響晶片良率及工廠利潤的空氣微粒和污染物。•一座IC生產工廠通常具有光學區間、擴散區間、離子佈植區間、蝕刻區間、薄膜區間、化學機械硏磨(CMP)區間和濕式區間。•製程區是一個高階無塵室，其由數個製程區間所構成。對製造一個0.25微米圖形尺寸的IC晶片而言'

3、製程區即需要一個Class1的無塵室;而設備區只需要一個造價與維修費用更低的Class1000無塵室。線性氣流丿可以幫助無塵室達到比Classioo史佳的效果。擾動氣流只能用在ClasslOOO的無塵室中。•在IC生產中普遍地使用氣體輪送系統、超純水系統、配電系統、幫浦和排放系統，以及射頻功率產生系統。•晶片封裝可以對IC晶片提供物理的及化學的保護；它能提供細金屬線在一個堅實的承座上連接晶片和引線尖端;並且消散晶片工作時所產生的熱量。•與塑膠封裝相比，陶磁封裝對化學的和濕氣的污染可提供較好的防護,且可以得到較佳的物理性保護。陶磁封裝也具有較佳的熱穩定性及較高的導熱性。塑膠

4、封裝的主要優勢是其具有極低的成本'現今多數的IC晶片都採用塑膠封裝。•標準的打線接合(WireBonding)是採用極細的金屬(金)線來連接晶片的接合墊片與引線尖端的接合墊片。覆晶接合技術則以凸塊接合來連接晶片及引線尖端。•在標準的打線接合封裝製程裡，密封晶片步驟的溫度應該低到不足以影響打線接合及晶片附著。打線接合的溫度不應影嚮到晶片附著'而晶片附著的溫度則受限於鋁的熔點。•在最終測試階段，已封裝的晶片需經過各種不利環境的測試：例如高湍、高加速度、高濕度等，以使不可靠的晶片在送交客戶之前即可提早發現。第三章半導體的基礎•半導體是導電率介於導體和介電質之間的材料,他們的導電

5、率能以摻雜物的濃度和所施加的電壓來控制。•矽、錯和础化銭是最常用的半導體材料。•p型半導體的摻雜原子來自元素週期表的第hia欄，以硼爲主，以電洞爲多數載子。•N型半導體的摻雜原子來自元素週期表的第VA欄，以磷、础和鋪爲主，以電子爲多數載體。•摻雜物的濃度越高,則半導體的電阻係數就越低。•電子的移動速度要此電洞快，因此當摻雜物濃度相同時，N型矽的電阻係數會此P型矽的電阻係數要低。•電阻器主要是以多晶矽製造而成的，其電阻取決於多晶矽導線(PolyLine)的幾何形狀和摻雜物的濃度。•電容器在DRAM上被用來儲存電荷和保持資料記憶o•雙載子電晶體能放大電流，他們也能當作電閘使用

6、。•MOSFET會因不同的閘極偏壓而開啓和關閉o•從1980年起，以MOSFET爲基礎的IC晶片就主導著半導體產業，其市場佔有率仍持續增加o•記體、微處理器和ASIC晶片是半導體產業中最常製造的三種IC晶片。•CMOS的優點在於耗電量低、熱量產生較低、雜訊的免疫能力以及時序的簡化。•CMOS的基本製程步驟包扌舌了晶圓預備處理、井區形成、絕緣形成、電晶體製造谨線和鈍化作用°•基本的半導體製程爲添加、移除、加熱處理和圖案化。第四章晶圓製造•矽是一種不昂貴的半導體材料,而二氧化矽是很容易成長的，它也是一種堅固且穩定的介電質。•＜100＞和vlll＞是最常使用的矽晶體方向。•晶圓

7、的製造過程是將砂(二氧化矽)轉變成冶金級矽(MGS)，冶金級矽轉變成三氯矽烷(TCS)，三氯矽烷轉變成電子級矽材料(EGS)，電子級矽材料轉變成單晶矽晶棒，然後把晶棒轉變成晶圓。•CZ法與懸浮帶區法皆可用來製作晶圓，但CZ法較被廣泛地使用。•CZ法比較便宜而且可以製作較大尺寸的晶圓o•懸浮帶區法可製作純度較高的晶圓。•雙載子元件需要使用矽磊晶層，而矽磊晶層也可以改進CMOS和DRAM的性能o•積體電路工業使用高溫的CVD製程來製造磊晶矽成長。第五章加熱製程•加熱製程是一種高溫製程'會在晶圓表面添加一層薄膜(氧化、沉積以及摻雜)