半导体材料应用与研究-2.pptVIP

材料科學與工程學系 義守大學 ? IC（Integrated Circuit, 積體電路），又被稱為是「資訊 產業之母」，是資訊產品最基本、也是最重要的元件。 ? IC 是將電晶體、二極體、電阻器及電容器等電路元件，聚集 在矽晶片上，形成完整的邏輯電路，以達成控制、計算或記 憶等功能，為人們處理各種事務。 ? IC 種類複雜，但可粗分為記憶體IC、微元件IC、邏輯IC及 類比IC 四大類。 ? IC的製作過程，由矽晶圓開始，經過一連串製程步驟，包括 光學顯影、快速高溫製程、化學氣相沉積、離子植入、蝕刻 、化學機械研磨與製程監控等前段製程，以及封裝、測試等 後段製程方始完成。 ? 近來逐漸成為半導體製程技術主流的銅製程，其製作流程則 與傳統鋁導線製程稍有不同。 積體電路(IC)定義 半 導 體 製 程 流 程 圖 銅製程技術 在傳統鋁金屬導線無法突破瓶頸之情況下，經過多年的研究 發展，銅導線已經開始成為半導體材料的主流，由於銅的電 阻值比鋁還小，因此可在較小的面積上承載較大的電流，讓 廠商得以生產速度更快、電路更密集，且效能可提昇約30-40％ 的晶片。亦由於銅的抗電子遷移（electro-migration）能力 比鋁好，因此可減輕其電移作用，提高晶片的可靠度。 化學氣相沉積(CVD: Chemical Vapor Deposition)是製造微 電子元件時，被用來沉積出某種薄膜(film)的技術，所沉積 出的薄膜可能是介電材料(dielectrics)、導體、或半導體。 而隨著製程不斷推進，過往一直作為金屬導線間絕緣材料的 二氧化矽，介電係數約為3.9-4.5間，已逐漸接近應用上的 極限；因此低介電常數（Low k Dielectrics），如Black Diamond及BLOK等新型絕緣材料，已成為半導體導線製程中 的重要薄膜材料。 磊晶（epitaxy）薄膜是純度極高的矽晶底層，用來在晶圓上形成一個非常均勻的晶體結構，以便增強半導體晶片的工作效能。在製造半導體晶片的 時候，多晶矽（polysilicon）材料大都用於電晶體結構的一部份。氮化矽 （silicon nitride）則是一種低壓化學氣相沉積的製程，用於半導體元件 的電晶體成形過程，例如作為阻障層與蝕刻中止層的介電材料。 在傳統的半導體製程中，這些薄膜都是在一個大型的批次式爐管設備中沉積，或稱為「成長」，不過隨著半導體元件的體積變得越來越小，電路結構又變得越來越複雜，對半導體製造商來說，單晶圓製程設備的優點（均 勻性、製程控制.等等）顯得更加重要。 物理氣相沈積(PVD: Physical Vapor Deposition) 物理氣相沈積(PVD: Physical Vapor Deposition)是一種物理製程而非化學製程，此技術一般使用氬等鈍氣，藉由在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材後，將靶材原子一個個濺擊出來，並使被濺擊出來的材質（通常為鋁、鈦或其合金）如雪片般沈積在晶圓表面。經由製程反應室內部的高溫與高真空環境，可使這些金屬原子結成晶粒，再透過微影圖案化（patterned）與蝕刻，得到半導體元件所要的導電電路。 在半導體製程中，蝕刻(Etch)被用來將某種材質自晶圓表面上移除。而乾式蝕刻（又稱為電漿蝕刻）則是目前最常使用的蝕刻方式，其以氣體為主要的蝕刻媒介，並藉由電漿能量來驅動反應。 電漿對蝕刻製程有物理性與化學性兩方面的影響。首先，電漿會將蝕刻氣體分子分解，產生能快速蝕去材料的高活性分子。此外，電漿也會把這些化學成份離子化，使其帶有電荷。晶圓則是置於帶負電的陰極上，當帶正電荷的離子被陰極吸引，並加速向陰極方向前進時，其會以垂直角度撞擊到晶圓表面，晶片製造商即是運用此特性來獲得絕佳的垂直蝕刻。 快速高溫處理 快速高溫處理（RTP：Rapid Thermal Processing）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10秒內自室溫快速升至1000℃高溫。快速高溫處理通常用於回火製程（annealing），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，及透過高溫產生含矽化之化合 物與矽化鈦等。 材料科學與工程學系 義守大學