半导体制程技术课件.ppt

1、半導體製程技術碩研電子一甲碩研電子一甲 M9830118 呂鎧伊呂鎧伊IC 製造基本流程製造基本流程單晶塊材成長單晶塊材成長 矽單晶通常以柴氏法或浮區法成長。圖為柴氏法成長單晶示意矽單晶通常以柴氏法或浮區法成長。圖為柴氏法成長單晶示意圖。大致上是將矸鍋中，盛有高純度矽的熔融液圖。大致上是將矸鍋中，盛有高純度矽的熔融液(維持在矽熔點攝氏維持在矽熔點攝氏14141414度以上的高溫度以上的高溫)利用長條狀的晶種與熔液接觸，再緩緩升起。單利用長條狀的晶種與熔液接觸，再緩緩升起。單晶在固體晶種與熔液界面成長。目前矽單晶成長技術已相當成熟，可晶在固體晶種與熔液界面成長。目前矽單晶成長技術已相當成熟，可長

2、成一米長，直徑超過二十公分的龐大晶體。長成一米長，直徑超過二十公分的龐大晶體。純度可達到每十億矽原子中僅含一個雜質原子而晶體中幾乎全無缺陷。純度可達到每十億矽原子中僅含一個雜質原子而晶體中幾乎全無缺陷。Wafer 長成的圓柱形矽晶棒長成的圓柱形矽晶棒首先經切割成晶片。晶片首先經切割成晶片。晶片的厚度選取隨其直徑增加的厚度選取隨其直徑增加而增加，一般約數百微米。而增加，一般約數百微米。切割好的晶片再經機械研切割好的晶片再經機械研磨及化學侵蝕，將表面磨磨及化學侵蝕，將表面磨光平滑如鏡，即成為積體光平滑如鏡，即成為積體電路基底的晶圓。電路基底的晶圓。單晶成長單晶成長磊晶磊晶 磊晶矽薄膜的純度高、缺陷

3、磊晶矽薄膜的純度高、缺陷少、性質佳，但其製程溫度最高、少、性質佳，但其製程溫度最高、難度最高，因此在元件應用上有難度最高，因此在元件應用上有其限制，一般用在積體電路製程其限制，一般用在積體電路製程最前段。複晶矽薄膜則在積體電最前段。複晶矽薄膜則在積體電路中應用極廣，這要歸功於其製路中應用極廣，這要歸功於其製程溫度較低，耐高溫，與二氧化程溫度較低，耐高溫，與二氧化矽界面特性佳，可靠度好，而且矽界面特性佳，可靠度好，而且能均勻覆蓋不平坦的結構。另一能均勻覆蓋不平坦的結構。另一方面，更低溫複晶矽薄膜製程，方面，更低溫複晶矽薄膜製程，則是用在以玻璃為基材的液晶顯則是用在以玻璃為基材的液晶顯示器薄膜電晶

4、體。示器薄膜電晶體。IC 晶圓製造流程晶圓製造流程絕緣層披覆絕緣層披覆氧化氧化 處理晶元的最先步驟，通常為處理晶元的最先步驟，通常為在矽晶上成長二氧化矽絕緣層。二在矽晶上成長二氧化矽絕緣層。二氧化矽可由矽晶在氧化氣氛中加熱氧化矽可由矽晶在氧化氣氛中加熱生成。依需要氧化氣氛可為氧氣或生成。依需要氧化氣氛可為氧氣或水蒸氣。而加熱溫度則在攝氏水蒸氣。而加熱溫度則在攝氏900900一一10001000度間。加熱時間則由所需氧度間。加熱時間則由所需氧化層厚度決定。化層厚度決定。氧化層可用於製成積體電氧化層可用於製成積體電路圖形，摻入電活性雜質之障、保路圖形，摻入電活性雜質之障、保護層及閘極介電質等。在某

5、些製程護層及閘極介電質等。在某些製程中亦用到氮化矽中亦用到氮化矽(Si3N4)(Si3N4)的絕緣層。的絕緣層。氧化矽及氮化矽均可由化學氣相沉氧化矽及氮化矽均可由化學氣相沉積法生成，所需溫度在攝積法生成，所需溫度在攝氏氏250450250450度間。度間。金屬披覆金屬披覆 在積體電路中各電路元件，通在積體電路中各電路元件，通常由導線連絡。這些導線除在接面常由導線連絡。這些導線除在接面地區外，通常與矽晶基底有一絕緣地區外，通常與矽晶基底有一絕緣層間隔。導電層也用於電晶體接觸層間隔。導電層也用於電晶體接觸及金氧半電晶體閘極之電極導體接及金氧半電晶體閘極之電極導體接觸及閘極電極，一般要求導電性好觸及

6、閘極電極，一般要求導電性好即電阻低。在元件尺寸較大時，均即電阻低。在元件尺寸較大時，均利用鋁膜，但鋁薄與矽晶反應過強，利用鋁膜，但鋁薄與矽晶反應過強，近年來閘極電極多改用低阻值的多近年來閘極電極多改用低阻值的多晶矽或金屬與矽的化合物晶矽或金屬與矽的化合物(金屬矽化金屬矽化物物)，接觸則改用金屬矽化物。在大，接觸則改用金屬矽化物。在大型積體電路中，金屬矽化物應用甚型積體電路中，金屬矽化物應用甚為普遍。金屬矽化物常由在矽晶上為普遍。金屬矽化物常由在矽晶上沉積金屬或金屬沉積金屬或金屬-矽薄膜再經熱處理矽薄膜再經熱處理形成。形成。在元件連線特性方面，須與絕緣層黏著力好，但不在元件連線特性方面，須與絕緣

7、層黏著力好，但不易穿越絕緣層與矽晶接觸，在元件操作時不易斷線，電易穿越絕緣層與矽晶接觸，在元件操作時不易斷線，電阻值低。以往均利用鋁或鋁合金膜，近年來有改用銅膜阻值低。以往均利用鋁或鋁合金膜，近年來有改用銅膜的趨勢。的趨勢。微影成形微影成形 在半導體面形成積體電路所在半導體面形成積體電路所需的圖形，通常要用蝕刻方法需的圖形，通常要用蝕刻方法;蝕刻方法分為乾蝕刻法蝕刻方法分為乾蝕刻法(dry(dryetch)etch)與濕蝕刻法與濕蝕刻法(wet etch)(wet etch)兩種。乾蝕刻法是利用離子束兩種。乾蝕刻法是利用離子束清除未受光阻保護區域的材料清除未受光阻保護區域的材料方法。其優點在不

8、等向蝕刻性方法。其優點在不等向蝕刻性較高。較高。在積體電路製作步驟中，在積體電路製作步驟中，蝕刻形成圖形為必經步驟，較複蝕刻形成圖形為必經步驟，較複雜雜的積體電路，利用光罩形成圖的積體電路，利用光罩形成圖形的次數達三十次以上。形的次數達三十次以上。摻雜摻雜離子植入離子植入 矽晶中一般均須加入電活性雜質矽晶中一般均須加入電活性雜質原子原子(如三價的硼，五價的砷或磷如三價的硼，五價的砷或磷)，來控制半導體，形成來控制半導體，形成P P、N N接面電晶體。接面電晶體。摻入雜質的方法包括擴散法及離子佈摻入雜質的方法包括擴散法及離子佈植法。離子佈植法因在雜質濃度、縱植法。離子佈植法因在雜質濃度、縱深分佈

9、及純度控制方面遠較擴散法優深分佈及純度控制方面遠較擴散法優越，在大型積體電路製作上已被廣泛越，在大型積體電路製作上已被廣泛應用。其方法是利用加速器將高能量應用。其方法是利用加速器將高能量雜質離子植入矽晶表面中。因高能量雜質離子植入矽晶表面中。因高能量離子常會破壞矽晶表面晶體結構，造離子常會破壞矽晶表面晶體結構，造成輻射損傷，生成各種缺陷。生成的成輻射損傷，生成各種缺陷。生成的缺陷對矽晶電性往往有不良的影響，缺陷對矽晶電性往往有不良的影響，因此在離子佈植後必須有一段熱處理因此在離子佈植後必須有一段熱處理的步驟，以去除晶體中的缺陷或減低的步驟，以去除晶體中的缺陷或減低其密度。其密度。摻雜摻雜擴散擴

10、散熱處理熱處理 在離子佈植後必須有一段熱處理的步驟，去除晶體中的缺陷或在離子佈植後必須有一段熱處理的步驟，去除晶體中的缺陷或減低其密度。熱處理通常在石英管惰性氣體中進行。熱處理溫度一減低其密度。熱處理通常在石英管惰性氣體中進行。熱處理溫度一般在攝氏般在攝氏11001100度以下。時間則視消除缺陷及雜質分佈的需要而定。度以下。時間則視消除缺陷及雜質分佈的需要而定。快速高溫處理快速高溫處理 快速高溫處理（快速高溫處理（RTPRTP：Rapid Thermal ProcessingRapid Thermal Processing）為電晶體與）為電晶體與電容成形過程中重要的步驟之一，可用來修正薄膜性質

11、與製程結果。電容成形過程中重要的步驟之一，可用來修正薄膜性質與製程結果。在此短暫且精確控制的高溫處理過程中，晶圓溫度可在短短在此短暫且精確控制的高溫處理過程中，晶圓溫度可在短短1010秒內自秒內自室溫快速升至室溫快速升至10001000高溫。快速高溫處理通常用於回火製程，負責控高溫。快速高溫處理通常用於回火製程，負責控制元件內摻質原子之均勻度，也可用來進行矽化金屬，及透過高溫產制元件內摻質原子之均勻度，也可用來進行矽化金屬，及透過高溫產生含矽化之化合物與矽化鈦等。生含矽化之化合物與矽化鈦等。IC 封裝封裝 積體電路在製程中，均在一晶元上同時製作許多積體電路在製程中，均在一晶元上同時製作許多5-105-10毫米大小長方毫米大小長方形晶片。各晶片含高達百萬個電路基組。經切割後，各晶片須焊黏於電形晶片。各晶片含高達百萬個電路基組。經切割後，各晶片須焊黏於電路基板，再分別構裝才能應用。路基板，再分別構裝才能應用。構裝包括封裝及接線，封裝的日的在防止積體電路的受潮、受構裝包括封裝及接線，封裝的日的在防止積體電路的受潮、受蝕、碰損，增加導熱能力，而可在較惡劣的情況下操作。接線則使積體蝕、碰損，增加導熱能力，而可在較惡劣的情況下操作。接線則使積體電路得以對外輸入、輸出訊號，對微電子產品性能、價格和可靠性都有電路得以對外輸入、輸出訊號，對微電子產品性能、價格和可靠性都有很大影響。很大影響。