半导体制程及原理

半导体制程及原理

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制程及原理概述

半导体工业的制造方法是在硅半导体上制造电子元件（产品包括:动态存储器、静态记亿体、微虚理器…等），而电子元件之完成则由精密复杂的集成电路(Ｉnteｇrated Cirｃuｉt,简称IC)所组成；IＣ之制作过程是应用芯片氧化层成长、微影技术、蚀刻、清洗、杂质扩散、离子植入及薄膜沉积等技术，所须制程多达二百至三百个步骤。随着电子信息产品朝轻薄短小化的方向发展，半导体制造方法亦朝着高密度及自动化生产的方向前进；而IC制造技术的发展趋势,大致仍朝向克服晶圆直径变大，元件线幅缩小，制造步骤增加，制程步骤特殊化以提供更好的产品特性等课题下所造成的良率控制因难方向上前进。

半导体业主要区分为材料（硅品棒)制造、集成电路晶圆制造及集成电路构装等三大类,范围甚广。目前国内半导体业则包括了后二项，至于硅晶棒材料仍仰赖外国进口。国内集成电路晶圆制造业共有11家，其中联华、台积及华邦各有２个工厂，总共14个工厂，目前仍有业者继纸扩厂中,主要分布在新竹科学园区,年产量逾40０万片。而集成电路构装业共有20家工厂,遍布于台北县、新竹县、台中县及高雄市,尤以加工出口区为早期半导体于台湾设厂开发时之主要据点。年产量逾20亿个。 原理简介

一般固体材料依导电情形可分为导体、半导体及绝缘体。材料元件内自由电子浓度(n值)与其传导率成正比。良好导体之自由电子浓度相

当大(约１０个ｅ/ｍ)，绝缘体ｎ值则非常小(10个e/m左右)，至于半导体n值则介乎此二值之间。

半导体通常采用硅当导体,乃因硅晶体内每个原子贡献四个价电子，而硅原子内部原子核带有四个正电荷。相邻原子间的电子对,构成了原子间的束缚力,因此电子被紧紧地束缚在原子核附近,而传导率相对降低。当温度升高时,晶体的热能使某些共价键斯键，而造成传导。这种不完全的共价键称为电洞,它亦成为电荷的载子。如图1．l(a）,(ｂ)

于纯半导体中,电洞数目等于自由电子数,当将少量的三价或五价原子加入纯硅中，乃形成有外质的(extrinsic)或掺有杂质的(doped)半导体。并可分为施体与受体，分述如下： 1.施体(N型）

当掺入的杂质为五价电子原子(如砷），所添入原子取代硅原子，且第五个价电子成为不受束缚电子，即成为电流载子。因贡献一个额外的电子载子,称为施体(donｏr)，如图1.ｌ(Ｃ)。 2. 受体(P型)

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当将三价的杂质(如硼）加入纯硅中，仅可填满三个共价键,第四个空缺形成一个电洞。因而称这类杂质为受体(ａｃceptｏr）,如图1．l(d)。 半导体各种产品即依上述基本原理，就不同工业需求使用硅晶圆、光阻剂、显影液、酸蚀刻液及多种特殊气体为制程申的原料或添加物等，以完成复杂的集成电路制作。

图1.１半导体构造组成

制造流程

半导体工业所使用之材料包含单一组成的半导体元素,如硅（Si)、锗（Ge)(属化学周期表上第四族元素)及多成分组成的半导体含二至三