半导体制程的技术进展史.ppt

半導體製程技術發展史 ◆ 可利用10年的時間間隔，回顧半導體製程的歷史： IC以前(1950年代) IC時代(1960年代) LSI時代(1970年代) VLSI時代(1980年代) 次微米VLSI時代(1990年代) Giga bit時代(2000年以後) IC以前 (1950年代) ◆ 1950 年代是開始生產電晶體的時代。當時半導體基板材料為鍺，加工鍺的各種技術，都以量產為立足點。 ◆ 電晶體由點接觸型開始，經過合金接合型、成長接合型等，接著引進擴散技術，再轉移到矽。 ◆ 本世代的製程包括使用爐管的熱處理、去除污染、蝕刻、電鍍等等。 ◆ 在1950年代末急速進展，材料從Ge轉為Si。因此，製程技術亦從以往的Ge加工技術，變為Si加工技術，變遷到IC時代。 IC時代 (1960年代) ◆ 1960年代為IC的時代，此時起引進光微影技術(photolithography) 。使用光罩的圖案轉寫技術引進IC的製造工程。 ◆ 從製程技術面而言，本時代誕生了微影製程、平面技術的開發、表面安定化技術 。為了提昇雙極性電晶體的性能，引進磊晶層形成技術的主題。離子植入技術的原型也是在本時代提出。 ◆ 磊晶成長技術的應用是從本時代開始，此技術對於減低雙極性電晶體的集極系列的電阻，是不可或缺的，後來也應用在雙極性IC的基板。 LSI時代 (1970年代) ◆ IC的積體度增大，最早被稱為LSI的 MOS記憶體，於1969 ~ 1970年登場。 ◆ 於1970年代定位為LSI時代。過去不穩定的MOS元件，由於確立了界面特性安定化的製程，此一趨勢下，使得MOS記憶體開始出現於市面。 ◆ 達到高密度、高積體度的製程，是Si閘極技術崛起的最大關鍵，閘極構造取代過去的Al閘極。 ◆ Intel公司發表使用此一閘極構造的記憶體，成為以後DRAM發展的出發點。 ◆ 從此時起，CVD膜的重要性增加，藉由熱壁 (hot wall) LPCVD法，開發出多晶矽膜和氮化膜的形成技術。而且1970年代為確立半導體製造設備產業的時期。 ◆ 本時期所開發的製程技術，最為注目的就是 LOCOS (Local Oxidation of Silicon) 構造。採用選擇性氧化法的隔離構造，也是目前廣泛應用的技術。 LOCOS製程流程 VLSI時代 (1980年代) ◆ 1980年代，隨著DRAM的量產及高密度化的進展，DRAM在半導體產業內是技術的驅動力。 ◆ 本時期的最小圖案尺寸為1μm，隨著步進機的必要性，製程同時往乾式化進展。特別是過去使用的蝕刻技術，從濕式製程轉為使用電漿的乾式製程。 ◆ 藉由乾式化，可提昇圖案轉寫的精確度，提高再現性。 ◆ 藉由本時期的反應性離子蝕刻，微細圖案形成技術的進步極為顯著。 ◆ 元件技術方面，從雙極性轉移至CMOS，數位用的IC以及LSI幾乎都是用CMOS構造製作而成。 濕式蝕刻製程與乾式蝕刻製程 次微米VLSI時代 (1990年代) ◆ 本時代的最小加工尺寸為1μm以下，由於步進機也加以對應，提高解析度，硬體的進步持續推進。 ◆ 相對於“DRAM的日本”而言，本時代由於“DRAM的韓國”抬頭，DRAM不再只是日本獨佔的舞台。此外，台灣的半導體生產也急速成長，以代工廠方式為主，成功扮演半導體生產基地的角色。 ◆ 本時期內，製程技術的主題為製程整合概念的滲透。這是設備與設計概念的結合，本書作者一直以來稱為複合製程的方式。 ◆ 複合製程主要是組合幾個基本製程進行處理，形成一種構造，在一台設備內將製程連續化達成一項目標。但並不是所有的製程都可以連續化，製程整合是促成晶圓製程標準化和共通化的動作。 ◆ W插塞 (plug) 構造的流程，是製程整合的典型例子。CMP技術也在本時期確立為基本製程之一。 Giga bit時代 (2000年以後) ◆ 本世紀邁入Giga bit的時代，最小加工尺寸為0.18μm至0.13μm，且不久即轉移至0.1μm 。尺寸的表示從μm轉變為nm。因此，引進新製程、新材料是不可或缺的工作，製程技術方面，對於開發的需求有重新回到原點的態勢。 ◆ 新的技術包括銅配線、low絕緣膜、強誘電體 ( 強介電常數 ) 記憶體相關材料、高誘電率閘極絕緣膜等，其他周邊製程與設備的開發也受到衝擊。 ◆ 引進新製程、新材料及其影響效應。 * ◆保有光阻的密著性 ◆反應生成物的脫離容易 ◆氣體容易控制 ( 壓力、流量等 ) ◆圖案可以更精密的控制 ◆最終檢測容易 ◆加工對象物幾乎無限制 ◆選擇比限制多 ◆可適用微細圖案形成 ◆恐有輻射損害或污染 ◇損害光阻的密著性 ◇反應生成物的脫離困難 ◇溶液需要控制 ( 組成、長時變化、溫度等 ) ◇圖案的形狀控制困難 ◇最終檢測困難 ◇加工對象物受限 ◇選擇比很多可無限 ◇很難適