半导体制程概论chapter3

製程及原理概述半導體工業的製造方法是在矽半導體上製造電子元件(產品包括:動態記憶體、靜態記億體、微虛理器…等)，而電子元件之完成則由精密複雜的積體電路(Integrated Circuit，簡稱IC)所組成；IC之製作過程是應用晶片氧化層成長、微影技術、蝕刻、清洗、雜質擴散、離子植入及薄膜沉積等技術，所須製程多達二百至三百個步驟。

隨著電子資訊產品朝輕薄短小化的方向發展，半導體製造方法亦朝著高密度及自動化生產的方向前進;而IC製造技術的發展趨勢，大致仍朝向克服晶圓直徑變大，元件線幅縮小，製造步驟增加，製程步驟特殊化以提供更好的產品特性等課題下所造成的良率控制因難方向上前進。

半導體業主要區分為材料(矽品棒)製造、積體電路晶圓製造及積體電路構裝等三大類，範圍甚廣。

目前國內半導體業則包括了後二項，至於矽晶棒材料仍仰賴外國進口。

國內積體電路晶圓製造業共有11家，其中聯華、台積及華邦各有2個工廠，總共14個工廠，目前仍有業者繼紙擴廠中，主要分佈在新竹科學園區，年產量逾400萬片。

而積體電路構裝業共有20家工廠，遍佈於台北縣、新竹縣、台中縣及高雄市，尤以加工出口區為早期半導體於台灣設廠開發時之主要據點。

年產量逾20億個。

原理簡介一般固體材料依導電情形可分為導體、半導體及絕緣體。

材料元件內自由電子濃度(n值)與其傳導率成正比。

良好導體之自由電子濃度相當大(約1028個e-/m3)，絕緣體n值則非常小(107個e-/m3左右)，至於半導體n值則介乎此二值之間。

半導體通常採用矽當導體，乃因矽晶體內每個原子貢獻四個價電子，而矽原子內部原子核帶有四個正電荷。

相鄰原子間的電子對，構成了原子間的束縛力，因此電子被緊緊地束縛在原子核附近，而傳導率相對降低。

當溫度升高時，晶體的熱能使某些共價鍵斯鍵，而造成傳導。

這種不完全的共價鍵稱為電洞，它亦成為電荷的載子。

如圖1.l(a),(b)於純半導體中，電洞數目等於自由電子數，當將少量的三價或五價原子加入純矽中，乃形成有外質的(extrinsic)或摻有雜質的(doped)半導體。

半导体生产流程所谓的半导体，是指在某些情况下，能够导通电流，而在某些条件下，又具有绝缘体效用的物质；而至于所谓的IC，则是指在一半导体基板上，利用氧化、刻蚀、扩散等方法，将众多电子电路组成各式二极管、晶体管等电子组件，作在一微小面积上，以完成某一特定逻辑功能（例如：AND、OR、NAND等），进而达成预先设定好的电路功能。

自1947年12月23日第一个晶体管在美国的贝尔实验室(Bell Lab)被发明出来，结束了真空管的时代，到1958年TI开发出全球第一颗IC成功，又意谓宣告晶体管的时代结束，IC的时代正式开始。

从此开始各式IC不断被开发出来，集成度也不断提升。

从小型集成电路（SSI），每颗IC包含10颗晶体管的时代；一路发展MSI、LSI、VLSI、ULSI；MSI（Middle-scale integration）中等规模集成电路；LSI（Large-scale integration）大规模集成电路；VLSI（Very-Large-scale integration）甚大规模集成电路；ULSI（Ultra-Large-scale integration）超大规模集成电路再到今天，短短50年时间，包含千万个以上晶体管的集成电路已经被大量生产，并应用到我们的生活的各领域中来，为我们的生活带来飞速的发展。

不能想象离开半导体产业我们的生活将会怎样，半导体技术的发展状况已成为一个国家的技术状况的重要指针，电子技术也成为一个国家提高国防能力的重要途径。

半导产品类别目前的半导体产品可分为集成电路、分离式组件、光电半导体等三种。

A.集成电路(IC)，是将一电路设计，包括线路及电子组件，做在一片硅芯片上，使其具有处理信息的功能，有体积小、处理信息功能强的特性。

依功能可将IC分为四类产品：内存IC、微组件、逻辑IC、模拟IC。

B.分离式半导体组件，指一般电路设计中与半导体有关的组件。

常见的分离式半导体组件有晶体管、二极管、闸流体等。

图解半导体制程概论（1）电子技术资料 2007-08-14 20:50 阅读1155 评论6字号：大中小第一章半导体导论█半导体的物理特性及电气特性【半导体】具有处于如铜或铁等容易导电的【导体】、与如橡胶或玻璃等不导电的【绝缘体】中间的电阻系数、该电阻比会受到下列的因素而变化。

如：杂质的添加·温度光的照射·原子结合的缺陷1.█半导体的材料硅(Si)与锗(Ge)为众所周知的半导体材料.这些无素属于元素周期素中的第IV族,其最外壳(最外层的轨道)具有四个电子.半导体除以硅与锗的单一元素构成之处,也广泛使用两种以上之元素的化合物半导体.●硅、锗半导体（Si、Ge Semiconductor)单结晶的硅、其各个原子与所邻接的原子共价电子（共有结合、共有化）且排列得井井有条。

利用如此的单结晶，就可产生微观性的量子力学效果，而构成半导体器件。

●化合物半导体(Compound Semiconductor)除硅（Si)之外，第III族与第V族的元素化合物，或者与第IV族元素组成的化合物也可用于半导体材料。

例如，GaAs（砷化镓）、Gap（磷化砷）、AlGaAs（砷化镓铝）、GaN（氮化镓）SiC（碳化硅）SiGe（锗化硅）等均是由2个以上元素所构成的半导体。

█本征半导体与自由电子及空穴我们将第IV族（最外层轨道有四个电子）的元素（Si、Ge等），以及和第IV族等价的化合物（GaAs、GaN等），且掺杂极少杂质的半导体的结晶，称之为本征半导体（intrinsic semiconductor）。

●本征半导体（intrinsic semiconductor）当温度十分低的时候，在其原子的最外侧的轨道上的电子（束缚电子（bound electrons）用于结合所邻接的原子，因此在本征半导体内几乎没有自由载子，所以本征半导体具有高电阻比。

●自由电子（free electrons）束缚电子若以热或光加以激发时就成为自由电子，其可在结晶内自由移动。

半导体制造概论（完整流程详解）近几年來，随着电子科技、网路等相关技术的进步，以及全球电子市场消费水平的提升，个人计算机、多媒体、工作站、网路、通信相关设备等电子产品的需求激增，带动整个世界半导体产业的蓬勃发展，而在台湾，半导体业更俨然成为维系国家经济动脉的一个主力。

基本上半导体制造为一垂直分工细密且高附加价值的产业，其快速的成长也会带动其他外围产业的繁荣，下图所示为一典型的半导体产业体系架构。

在这个体系中，半导体制造，也就是一般所称的晶圆加工（Wafer fabrication），是资金与技术最为密集之处，伴随着晶圆加工的上游产业则包括产品设计（IC design）、晶圆制造（Wafer manufacture）、以及光罩（Photo mask）制造等，下游产业则更为庞大，其中包括一般所称半导体后段制程（Back-end processes）的IC 封装（Packaging）、测试（T esting）、包装（Assembly ），以及外围的导线架制造（Lead-frame manufacture ）、連接器制造（Connector manufacture）、电路板制造（Board manufacture）等，此一结合紧密的产业体系，形成了今日台湾经济命脉之所系。

一、IC 设计（IC design）二、晶圆制造（Wafer manufacture）（一）长晶（CRYSTAL GROWTH）长晶是从硅砂中（二氧化硅）提煉成单晶硅，其制造过程是将硅石（Silica）或硅酸盐（Silicate）如同冶金一样，放入爐中熔解提煉，形成冶金级硅。

由于冶金级硅中尚含有杂质，因此，必须再用分馏及还原的方法将其纯化，形成电子级硅。

虽然电子级硅所含的硅的纯度很高，可达99.9999 99999 %，但是结晶方式还是很杂亂，又称为多晶硅，必须重排成单晶结构才可，因此再将电子级硅置入坩埚内加温融化，其系先将温度降低至一设定点，再以一块单晶硅为『晶种』，置入坩埚内，让融化的硅沾附在晶种上，再将晶种以边拉边旋转方式抽離坩埚，而沾附在晶种上的硅亦随之冷凝，形成与晶种相同排列的结晶。