半導(dǎo)體制造基本概念

　　晶圓（Wafer）
　　晶圓（Wafer）的生產(chǎn)由砂即（二氧化硅）開始，經(jīng)由電弧爐的提煉還原成 冶煉級(jí)的硅，再經(jīng)由鹽酸氯化，產(chǎn)生三氯化硅，經(jīng)蒸餾純化后，透過慢速分解過程，制成棒狀或粒狀的「多晶硅」。一般晶圓制造廠，將多晶硅融解 后，再利用硅晶種慢慢拉出單晶硅晶棒。一支85公分長，重76.6公斤的8吋 硅晶棒，約需2天半時(shí)間長成。經(jīng)研磨、拋光、切片后，即成半導(dǎo)體之原料晶圓片。
　　光學(xué)顯影
　　光學(xué)顯影是在光阻上經(jīng)過曝光和顯影的程序，把光罩上的圖形轉(zhuǎn)換到光阻下面的薄膜層或硅晶上。光學(xué)顯影主要包含了光阻涂布、烘烤、光罩對準(zhǔn)、 曝光和顯影等程序。小尺寸之顯像分辨率，更在 IC 制程的進(jìn)步上，扮演著最關(guān)鍵的角色。由于光學(xué)上的需要，此段制程之照明采用偏黃色的可見光。因此俗稱此區(qū)為 黃光區(qū)。
　　干式蝕刻技術(shù)
　　在半導(dǎo)體的制程中，蝕刻被用來將某種材質(zhì)自晶圓表面上移除。干式蝕刻（又稱為電漿蝕刻）是目前最常用的蝕刻方式，其以氣體作為主要的蝕刻媒介，并藉由電漿能量來驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。
　　電漿對蝕刻制程有物理性與化學(xué)性兩方面的影響。首先，電漿會(huì)將蝕刻氣體分子分解，產(chǎn)生能夠快速蝕去材料的高活性分子。此外，電漿也會(huì)把這些化學(xué)成份離子化，使其帶有電荷。
　　晶圓系置于帶負(fù)電的陰極之上，因此當(dāng)帶正電荷的離子被陰極吸引并加速向陰極方向前進(jìn)時(shí)，會(huì)以垂直角度撞擊到晶圓表面。芯片制造商即是運(yùn)用此特性來獲得絕佳的垂直蝕刻，而后者也是干式蝕刻的重要角色。
　　基本上，隨著所欲去除的材質(zhì)與所使用的蝕刻化學(xué)物質(zhì)之不同，蝕刻由下列兩種模式單獨(dú)或混會(huì)進(jìn)行：
　　1. 電漿內(nèi)部所產(chǎn)生的活性反應(yīng)離子與自由基在撞擊晶圓表面后，將與某特定成份之表面材質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)而使之氣化。如此即可將表面材質(zhì)移出晶圓表面，并透過抽氣動(dòng)作將其排出。
　　2. 電漿離子可因加速而具有足夠的動(dòng)能來扯斷薄膜的化學(xué)鍵，進(jìn)而將晶圓表面材質(zhì)分子一個(gè)個(gè)的打擊或?yàn)R擊（sputtering）出來。
　　化學(xué)氣相沉積技術(shù)
　　化學(xué)氣相沉積是制造微電子組件時(shí)，被用來沉積出某種薄膜(film)的技術(shù)，所沉積出的薄膜可能是介電材料(絕緣體)(dielectrics)、導(dǎo)體、或半導(dǎo)體。在進(jìn)行化學(xué)氣相沉積制程時(shí)，包含有被沉積材料之原子的氣體，會(huì)被導(dǎo)入受到嚴(yán)密控制的制程反應(yīng)室內(nèi)。當(dāng)這些原子在受熱的昌圓表面上起化學(xué)反應(yīng)時(shí)，會(huì)在晶圓表面產(chǎn)生一層固態(tài)薄膜。而此一化學(xué)反應(yīng)通常必須使用單一或多種能量源(例如熱能或無線電頻率功率)。
　　CVD制程產(chǎn)生的薄膜厚度從低于0.5微米到數(shù)微米都有，不過最重要的是其厚度都必須足夠均勻。較為常見的CVD薄膜包括有：
　　■ 二氣化硅（通常直接稱為氧化層）
　　■ 氮化硅
　　■ 多晶硅
　　■ 耐火金屬與這類金屬之其硅化物
　　可作為半導(dǎo)體組件絕緣體的二氧化硅薄膜與電漿氮化物介電層（plasmas nitride dielectrics）是目前CVD技術(shù)最廣泛的應(yīng)用。這類薄膜材料可以在芯片內(nèi)部構(gòu)成三種主要的介質(zhì)薄膜：內(nèi)層介電層（ILD）、內(nèi)金屬介電層（IMD）、以及保護(hù)層。此外、金層化學(xué)氣相沉積（包括鎢、鋁、氮化鈦、以及其它金屬等）也是一種熱門的CVD應(yīng)用。
　　物理氣相沉積技術(shù)
　　如其名稱所示，物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition）主要是一種物理制程而非化學(xué)制程。此技術(shù)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后，可將靶材原子一個(gè)個(gè)濺擊出來，并使被濺擊出來的材質(zhì)（通常為鋁、鈦或其合金）如雪片般沉積在晶圓表面。制程反應(yīng)室內(nèi)部的高溫與高真空環(huán)境，可使這些金屬原子結(jié)成晶粒，再透過微影圖案化（patterned）與蝕刻，來得到半導(dǎo)體組件所要的導(dǎo)電電路。
　　解離金屬電漿（IMP）物理氣相沉積技術(shù)
　　解離金屬電漿是最近發(fā)展出來的物理氣相沉積技術(shù)，它是在目標(biāo)區(qū)與晶圓之間，利用電漿，針對從目標(biāo)區(qū)濺擊出來的金屬原子，在其到達(dá)晶圓之前，加以離子化。離子化這些金屬原子的目的是，讓這些原子帶有電價(jià)，進(jìn)而使其行進(jìn)方向受到控制，讓這些原子得以垂直的方向往晶圓行進(jìn)，就像電漿蝕刻及化學(xué)氣相沉積制程。這樣做可以讓這些金屬原子針對極窄、極深的結(jié)構(gòu)進(jìn)行溝填，以形成極均勻的表層，尤其是在最底層的部份。
　　高溫制程
　　多晶硅（poly）通常用來形容半導(dǎo)體晶體管之部分結(jié)構(gòu)：至于在某些半導(dǎo)體組件上常見的磊晶硅（epi）則是長在均勻的晶圓結(jié)晶表面上的一層純硅結(jié)晶。多晶硅與磊晶硅兩種薄膜的應(yīng)用狀況雖然不同，卻都是在類似的制程反應(yīng)室中經(jīng)高溫（600℃至1200℃）沉積而得。
　　即使快速高溫制程（Rapid Thermal Processing, RTP）之工作溫度范圍與多晶硅及磊晶硅制程有部分重疊，其本質(zhì)差異卻極大。RTP并不用來沈積薄膜，而是用來修正薄膜性質(zhì)與制程結(jié)果。RTP將使晶圓歷經(jīng)極為短暫且精確控制高溫處理過程，這個(gè)過程使晶圓溫度在短短的10至20秒內(nèi)可自室溫升到1000℃。RTP通常用于回火制程（annealing），負(fù)責(zé)控制組件內(nèi)摻質(zhì)原子之均勻度。此外RTP也可用來硅化金屬，及透過高溫來產(chǎn)生含硅化之化合物與硅化鈦等。最新的發(fā)展包括，使用快速高溫制程設(shè)備在晶極重要的區(qū)域上，精確地沉積氧及氮薄膜。
　　離子植入技術(shù)
　　離子植入技術(shù)可將摻質(zhì)以離子型態(tài)植入半導(dǎo)體組件的特定區(qū)域上，以獲得精確的電子特性。這些離子必須先被加速至具有足夠能量與速度，以穿透（植入）薄膜，到達(dá)預(yù)定的植入深度。離子植入制程可對植入?yún)^(qū)內(nèi)的摻質(zhì)濃度加以精密控制?；旧?，此摻質(zhì)濃度（劑量）系由離子束電流（離子束內(nèi)之總離子數(shù)）與掃瞄率（晶圓通過離子束之次數(shù)）來控制，而離子植入之深度則由離子束能量之大小來決定。
　　化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)
　　化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)（Chemical Mechanical Polishing, CMP）兼其有研磨性物質(zhì)的機(jī)械式研磨與酸堿溶液的化學(xué)式研磨兩種作用，可以使晶圓表面達(dá)到全面性的平坦化，以利后續(xù)薄膜沉積之進(jìn)行。
　　在CMP制程的硬設(shè)備中，研磨頭被用來將晶圓壓在研磨墊上并帶動(dòng)晶圓旋轉(zhuǎn)，至于研磨墊則以相反的方向旋轉(zhuǎn)。在進(jìn)行研磨時(shí)，由研磨顆粒所構(gòu)成的研漿會(huì)被置于晶圓與研磨墊間。影響CMP制程的變量包括有：研磨頭所施的壓力與晶圓的平坦度、晶圓與研磨墊的旋轉(zhuǎn)速度、研漿與研磨顆粒的化學(xué)成份、溫度、以及研磨墊的材質(zhì)與磨損性等等。
　　制程監(jiān)控
　　在下個(gè)制程階段中，半導(dǎo)體商用CD-SEM來量測芯片內(nèi)次微米電路之微距，以確保制程之正確性。一般而言，只有在微影圖案（photolithographic patterning）與后續(xù)之蝕刻制程執(zhí)行后，才會(huì)進(jìn)行微距的量測。
　　光罩檢測（Retical Inspection）
　　光罩是高精密度的石英平板，是用來制作晶圓上電子電路圖像，以利集成電路的制作。光罩必須是完美無缺，才能呈現(xiàn)完整的電路圖像，否則不完整的圖像會(huì)被復(fù)制到晶圓上。光罩檢測機(jī)臺(tái)則是結(jié)合影像掃描技術(shù)與先進(jìn)的影像處理技術(shù)，捕捉圖像上的缺失。當(dāng)晶圓從一個(gè)制程往下個(gè)制程進(jìn)行時(shí)，圖案晶圓檢測系統(tǒng)可用來檢測出晶圓上是否有瑕疵包括有微塵粒子、斷線、短路、以及其它各式各樣的問題。此外，對已印有電路圖案的圖案晶圓成品而言，則需要進(jìn)行深次微米范圍之瑕疵檢測。一般來說，圖案晶圓檢測系統(tǒng)系以白光或雷射光來照射晶圓表面。再由一或多組偵測器接收自晶圓表面繞射出來的光線，并將該影像交由高功能軟件進(jìn)行底層圖案消除，以辨識(shí)并發(fā)現(xiàn)瑕疵。
　　切　　 割
　　晶圓經(jīng)過所有的制程處理及測試后，切割成壹顆顆的IC。舉例來說：以0.2 微米制程技術(shù)生產(chǎn)，每片八吋晶圓上可制作近六百顆以上的64M DRAM。
　　封　　 裝
　　制程處理的最后一道手續(xù)，通常還包含了打線的過程。以金線連接芯片與導(dǎo)線架的線路，再封裝絕緣的塑料或陶瓷外殼，并測試IC功能是否正常。由于切割與封裝所需技術(shù)層面比較不高， 因此常成為一般業(yè)者用以介入半導(dǎo)體工業(yè)之切入點(diǎn)。
　　300mm
　　為協(xié)助晶圓制造廠克服300mm晶圓生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，應(yīng)用材料提供了業(yè)界最完整的解決方案。不但擁有種類齊全的300mm晶圓制造系統(tǒng)，提供最好的服務(wù)與支持組織，還掌握先進(jìn)制程與制程整合的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)；從降低風(fēng)險(xiǎn)、增加成效，加速量產(chǎn)時(shí)程，到協(xié)助達(dá)成最大生產(chǎn)力，將營運(yùn)成本減到最低等，以滿足晶圓制造廠所有的需求。
　　應(yīng)用材料的300mm全方位解決方案，完整的產(chǎn)品線為：
　　高溫處理及離子植入設(shè)備(Thermal Processes and Implant)
　　介質(zhì)化學(xué)氣相沉積(DCVD：Dielectric Chemical Vapor Deposition)
　　金屬沉積(Metal Deposition)
　　蝕刻(Etch)
　　化學(xué)機(jī)械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)
　　檢視與量測(Inspection & Metrology)
　　制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES：Manufacturing Execution System)
　　服務(wù)與支持(Service & Support)
　　銅制程技術(shù)
　　在傳統(tǒng)鋁金屬導(dǎo)線無法突破瓶頸之情況下，經(jīng)過多年的研究發(fā)展，銅導(dǎo)線已經(jīng)開始成為半導(dǎo)體材料的主流，由于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(chǎn)速度更快、電路更密集，且效能可提升約30-40％的芯片。亦由于銅的抗電子遷移（electro-migration）能力比鋁好，因此可減輕其電移作用，提高芯片的可靠度。在半導(dǎo)體制程設(shè)備供貨商中，只有應(yīng)用材料公司能提供完整的銅制程全方位解決方案與技術(shù)，包括薄膜沉積、蝕刻、電化學(xué)電鍍及化學(xué)機(jī)械研磨等。
　　應(yīng)用材料公司的銅制程全方位解決方案
　　在半導(dǎo)體組件中制造銅導(dǎo)線，牽涉不僅是銅的沉積，還需要一系列完整的制程步驟，并加以仔細(xì)規(guī)劃，以便發(fā)揮最大的效能。應(yīng)用材料公司為發(fā)展銅制程相關(guān)技術(shù)，已與重要客戶合作多年，具有豐富的經(jīng)驗(yàn)；此外在半導(dǎo)體制程設(shè)備所有供貨商中，也只有應(yīng)用材料公司能夠提供銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的完整制程技術(shù)，包括薄膜沉積、蝕刻、電化學(xué)電鍍及化學(xué)機(jī)械研磨等。