半导体制程及原理介绍.pdfVIP

海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚。——林则徐

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（IntegratedCircuit，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

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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)

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。

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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