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2002-03-13 00:02:54| 人氣596| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

什麼是半導體之二 20020312

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試從以下的流程說明,來大致瞭解半導體的製程:

晶圓:晶圓片的生產是由砂(即二氧化矽)開始,經由電弧爐的提煉還原成冶煉級的矽,再經由鹽酸氯化,產生三氯化矽,經蒸餾純化後,透過慢速分解過程,製成棒狀或粒狀之多晶矽,此時稱之為chunk。一般而言,晶圓製造商,如小松,信越,中德,MEMC等,將多晶矽融解後,再利用矽晶種慢慢拉出單晶矽晶棒。一支85公分長,重76.6公斤的8吋矽晶棒,約需2天半時間長成。經研磨、拋光、切片後,即成半導體之原料晶圓片。

黃光:IC製程是不斷的重覆光學顯影、蝕刻、及薄膜沉積等步驟。光學顯影是在光阻上經過曝光和顯影的程序,把光罩上的圖形轉換到光阻下面的薄膜層或矽晶上。其原理如同照相技術。
光學顯影主要包含了光阻塗佈、烘烤、光罩對準、曝光和顯影等程序。微小尺寸之顯像解析度,更在IC製程的進步上,扮演著最關鍵的角色。由於光學上的需要,此段製程之照明採用偏黃色的可見光,以避免將高度感光的光阻或顯影材料的分子結構破壞。因此此區亦稱為黃光區。

蝕刻:顧名思義,蝕刻便是將晶圓上的某一部份物質移去,分為濕式蝕刻與乾式蝕刻,濕式蝕刻係利用強酸(如氫氟酸HF,硫酸H2SO4,硝酸HNO3*) 以移去晶圓上的某一部份物質,但通常為等向性蝕刻;乾式蝕刻或一般所謂的乾式電漿蝕刻,是經常使用的技術,在氣態狀況(通常呈現電漿狀況)下採用的蝕刻方式,以利於非等向性蝕刻的進行。乾式蝕刻晶圓經過曝光的部份要移除,利用蝕刻的方法可以非常精密的達成此一要求,而保留下來的部份即為有作用的線路,此一製程技術亦稱為圖案化。

電漿蝕刻產生電漿的目的是讓(預設的)特定氣體透過電場及RF(有些設計甚至加入了磁場)而發生碰撞、解離,而產生具反應性及方向性之離子,在反應室中進行蝕刻,使用者能夠在蝕刻過程中控制其變化,以獲得預期的蝕刻結果。

化學氣相沉積:晶圓製作之第一步往往會應用高溫而進行純矽磊晶(Epi) 沉積;此後,運用高溫或RF 作為能量源而在氣相下進行化學反應,以沉積各種薄膜(導電材料,絕緣材料,in-situ 半導體材料)。
在化學氣相沉積製程中,氣體在可控制的製程環境中,因熱或電場能量給予而碰撞,發生預定之反應,經由擴散、吸附等機制,經由熱及能量在晶圓的表面形成薄膜。應用化學氣相沉積技術所產生的薄膜僅有幾毫微米的厚度,而且均勻度必須十分地高,這項技術廣泛地應用在半導體製程中,經過多年的發展,應用材料公司所研發的氣相沉積技術,幾乎包括在晶圓表面沈積的所有薄膜材料。
常見的化學氣相沉積膜有:氧化矽、氮化矽、多晶矽、金屬矽化合物及金屬材料。隨著技術的發展,近年來各式新材料的運用也正在快速成長,如低介電係數(Low K)絕緣材料。

離子植入:所謂植入製程,一般係應用離子束經由電場與磁場加速到某一能量位階,此時其速度可以穿透晶圓表面的晶狀結構,到達某特定位置,使得晶圓表面在所需要的元件區域內,可以精確地改變其原來材料的性質。
所謂離子束通常是由硼,磷,砷一類的元素離子化後所產生。

物理氣相沉積:如同化學氣相沉積的過程,利用物理氣相沉積技術將在高真空下將金屬材料沉積在矽晶圓表面上,通常為鋁或其它金屬,藉著具有能量的氬氣離子撞擊金屬靶以轉移金屬原子沈積成薄膜。

化學機械式研磨:CMP是表面平坦化技術的一種,由IBM公司研發而成,是將晶片表面起伏的介電層外觀加以全面平坦的一項技術。它利用機械式的研磨原理,配合適當的研漿,來把晶片表面高低起伏的輪廓一併加以磨平。研漿通常由二氧化矽或氧化鋁和鹼性的氫氧化鉀或氨水等溶液所混合而成。若各種參數控制得宜,化學機械式研磨法可提供相當優良的平坦度,再輔以銅金屬連線的發展可降低連線金屬的時間延遲(RC time delay),儼然是新世代製程技術的指標。

切割:晶圓經過所有的製程處理及final測試後,會切割成壹顆顆的IC。舉例來說:以0.25微米製程技術生產,每片八吋晶圓上可製作三、四百顆以上的六十四百萬位元DRAM。

封裝:是製程處理的最後一道手續,通常稱為後段。包含了打線、黏粒、封蓋、蓋印、電鍍、去腳、成形等過程。由於切割與封裝均屬於IC製程中用電量較少的作業,所需技術之資金與製程層面相對於晶圓製造不高,因此是介入半導體工業之切入點,但隨著半導體元件之高密度集積化,IC 成本結構之變化,此一領域的前景亦十分被看好。國內業者有日月光、矽品、華泰、華特等。

台長: 葉諼/bee/彭弼聲
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