IC制造过程简单介绍

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1、IC 半 導 體 定 義半 導 體 是 指 在 矽 (四 價 )中 添 加 三 價 或 五價 元 素 形 成 的 電 子 元 件 ， 它 不 同 於 導 體 、非 導 體 的 電 路 特 性 ， 其 導 電 有 方 向 性 ，使 得 半 導 體 可 用 來 製 造 邏 輯 線 路 ， 而 使電 路 有 處 理 資 訊 的 功 能半 導 體 產 品 可 分 為 積 體 電 路 (IC)、 分 離式 元 件 、 光 電 半 導 體 等 三 種 。 簡 介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 、

2、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 。 半 導 體 材 料元 素 半 導 體 (element semiconductor)如矽 (Si)、 鍺 (Ge)所 形 成 的 半 導 體化 合 物 半 導 體 (compound semiconductor)如 砷 化 嫁 (GaAs)、 磷 化 銦 (InP)所 形 成 的半 導 體 IC的 分 類IC 族 群 簡 單 分 為記 憶

3、體 IC、 微 元 件 IC 、 邏 輯 IC、 類 比 IC IC使 用 的 趨 向 分 為消 耗 性 的 IC:指 一 般 用 在 家 庭 即 與 日 常 生 活有 關 的 電 器 用 品 工 業 性 的 IC :講 求 功 能 外 ， 還 要 可 靠 性 及 標準 化 ， 即 希 望 每 家 工 廠 所 做 的 積 體 電 路 ， 能互 相 替 用 。 記 憶 體 IC揮 發 性關 掉 電 流 後 資 料 會 消 失 的 記 憶 體 ， 稱 為揮 發 性 記 憶 體 ， 如 DRAM、 SRAM。非 揮 發 性 關 掉 電 流 後 資 料 仍 可 保 存 的 ， 叫 做 非 揮發 性 記

4、 憶 體 。 如 ROM、 Flash。 微 元 件 IC MPU(微 處 理 器 )指 微 電 子 計 算 機 中 的 運 算 元 件MCU(微 控 制 器 )電 腦 中 主 機 與 界 面 中 的 控 制 系 統DSP (數 位 訊 號 處 理 器 )將 類 比 訊 號 轉 為 數 位 訊 號 ， 通 常 用 於 語 音 及通 訊 系 統 。 邏 輯 IC標 準 邏 輯 IC依 標 準 化 規 格 且 大 量 生 產 稱 之特 殊 應 用 IC依 特 定 用 途 而 設 計 特 殊 規 格 的 邏 輯 IC 類 比 IC線 性 IC線 性 和 數 位 混 合 IC 具 低 複 雜 性 、

5、應 用 面 積 大 、 整 合 性 低 、流 通 性 高 是 此 類 產 品 的 特 色 ， 通 常 用 來作 為 語 言 及 音 樂 IC、 電 源 管 理 與 處 理 的元 件 。 IC產 業與 IC的 製 造 有 直 接 關 係 的 工 業包 括 晶 圓 製 造 業 、 IC製 造 業 、 IC封 裝 業輔 助 IC製 造 的 工 業包 括 IC設 計 、 光 罩 製 造 、 IC測 試 、 化 學 品 、 導線 架 工 業提 供 IC製 造 支 援 的 產 業包 括 設 備 、 儀 器 、 電 腦 輔 助 設 計 工 具 工 業 .等 。 IC製 造 流 程 製 程 晶 圓 (Wafe

6、r) 晶 棒 成 長 切 片 (Slicing) 研 磨 (Lapping) 清 洗 (Cleaning) 拋 光 (Polishing) 檢 查 (Inspection) 沉 積 (Depostion)化 學 氣 相 沉 積 技 術 (CVD)物 理 氣 相 沉 積 技 術 (PVD) 化 學 氣 相 沉 積一 種 利 用 化 學 反 應 方 式 ,將 反 應 物 (氣 體 )生 成 固 態產 物 ,並 沉 積 在 晶 片 表 面 的 薄 膜 沉 積 技 術 如 生 成 ： v 導 體 : W(鎢 ), Poli-Si(多 晶 矽 )v 半 導 體 : Epitaxy(單 晶 矽 )v 絕

7、緣 體 (介 電 材 質 ):SiO2,Si3N4,PSG(磷 矽 玻 璃 )BPSG(硼 磷 矽 玻 璃 ) 化 學 氣 相 沉 積優 點 可 以 沉 積 組 成 精 確 的 材 料 具 備 較 佳 的 階 梯 覆 蓋 能 力 物 理 氣 相 沈 積(Physical Vapor Deposition) 物 質 (金 屬 或 其 化 合 物 )經 過 物 理 氣 相 之 轉 換 ， 重新 沉 積 被 覆 於 其 他 物 質 之 表 面 上 ， 如 金 、 白 金、 鋁 、 銅 、 矽 銅 、 鈦 、 鎢 等 之 鍍 著 製 程 程 序透 過 物 理 變 化 ， 將 被 沉 積 之 材 料 (

8、固 態 或 液 態 源 )轉 換 成 蒸 氣 相蒸 氣 相 凝 結 在 被 覆 物 上 形 成 薄 膜 PVD 製 程蒸 鍍 (Evaporation)以 熱 將 蒸 鍍 源 加 熱 ， 使 蒸 發 成 蒸 氣 ， 到 被 鍍 物上 沈 積 。 濺 鍍 (Sputtering)利 用 電 漿 所 產 生 的 離 子 ， 藉 著 離 子 對 被 覆 材 料電 極 的 轟 擊 ， 使 電 漿 內 具 有 被 覆 材 料 的 原 子 ，再 進 行 薄 膜 沉 積 反 應 。 蒸 鍍 (Evaporation)特 性 : 不 易 控 制 蒸 發 速 率 ,尤 其 是 合 金 或 化 合 物階 梯 覆

9、蓋 能 力 差坩 堝 材 質 亦 被 蒸 發 耗 損 濺 鍍 (Sputtering)利 用 電 漿 所 產 生 的 離 子 ， 藉 著 離 子 對 被 覆 材 料電 極 的 轟 擊 ， 使 電 漿 內 具 有 被 覆 材 料 的 原 子 ，再 進 行 薄 膜 沉 積 反 應 。 微 影 (Photolithography)原 理 ：在 晶 片 表 面 上 覆 上 一 層 感 光 材 料 ， 來 自 光 源 的平 行 光 透 過 光 罩 的 圖 形 ， 使 得 晶 片 表 面 的 感 光材 料 進 行 選 擇 性 的 感 光 。 感 光 材 料 ：正 片 經 過 顯 影 (Developmen

10、t)， 材 料 所 獲 得的 圖 案 與 光 罩 上 相 同 稱 為 正 片 。負 片 如 果 彼 此 成 互 補 的 關 係 稱 負 片 微 影 製 程 的 差 別 蝕 刻 (Etching)利 用 光 組 為 罩 幕 (mask)， 以 便 對 光 組 底 下 的 薄 膜或 是 基 材 進 行 選 擇 性 的 蝕 刻 。蝕 刻 方 法 ： 濕 式 蝕 刻 (Wet etching) 乾 式 蝕 刻 (Dry etching) 濕 式 蝕 刻 製 程利 用 合 適 的 化 學 溶 液 ， 先 將 所 欲 蝕 刻 的 材 質 分解 ， 然 後 轉 成 可 溶 於 此 溶 液 的 化 合 物 後

11、 ， 達 到目 的 。製 程 特 性製 程 單 純設 備 簡 單 (酸 洗 槽 )產 能 高 且 具 高 選 擇 性屬 於 等 向 性 蝕 刻晶 片 易 受 污 染 乾 式 蝕 刻 製 程利 用 輝 光 放 電 的 方 式 ， 產 生 包 含 離 子 、 電 子 、 帶電 粒 子 ， 以 及 具 有 高 化 學 活 性 的 中 性 原 子 及 自 由基 之 電 漿 來 進 行 薄 膜 移 除 的 蝕 刻 技 術特 性 可 以 進 行 非 等 向 性 蝕 刻 ， 即 選 擇 特 定 的 方 向 進 行蝕 刻 低 選 擇 性 ， 即 不 但 在 被 蝕 刻 薄 膜 上 進 行 ， 也可 在 光 阻

12、 及 裸 露 出 的 薄 膜 進 行 摻 質 (Dopant)主 要 製 作 n型 與 p型 半 導 體 技 術 。 而 現 在 大 部 分都 用 離 子 植 入 技 術 。離 子 植 入 技 術 可 將 摻 質 已 離 子 型 態 植 入 半 導 體元 件 的 特 定 區 域 上 ， 已 獲 得 精 確 的 電 子 特 性 熱 製 程 (Thermal process)回 火 :用 於 改 變 材 料 的 結 構 ， 可 消 除 材 料 內 ，因 缺 陷 所 累 積 的 內 應 力 ， 或 其 他 之 機 械 性 質矽 化 反 應 :形 成 鋁 與 矽 間 的 接 合 金 屬 之 一 ，Ti

13、Si2 熱 流 動 :藉 高 溫 下 ， 使 BPSG易 於 流 動 ， 形 成 較平 坦 的 表 層 固 化 :用 來 蒸 除 某 些 薄 膜 材 料 內 的 有 機 溶 劑 以增 加 薄 膜 的 密 度 封 裝 (Packing) 巫 政 霖 陳 國 偉 王 俊智 積 體 電 路 之 特 性 數 位 積 體 電 路 ( Digital integrated circuit ) 線 性 積 體 電 路 ( Linear integrated circuit ) 積 體 電 路 封 裝 形 式 積 體 電 路 之 應 用 積 體 電 路 (integrated circuit， 簡 稱IC)是

14、 電 晶 體 及 半 導 體 製 造 技 術 的 衍生 物 。 以 往 ， 笨 重 、 耗 電 、 故 障 率 高 的 真空 管 電 路 ， 為 電 晶 體 電 路 所 取 代 ，而 積 體 電 路 的 出 現 ， 將 電 子 設 備 濃縮 到 更 小 ， 耗 電 費 更 低 ， 可 靠 度 更高 。 積 體 電 路 在 體 積 、 重 量 、 穩 定 性 、耗 電 量 、 裝 備 、 維 護 及 價 格 方 面 都遠 勝 於 於 分 立 元 件 所 組 成 的 電 路 ，但 是 它 最 顯 著 的 特 性 還 是 在 體 積 尺寸 上 。 數 位 積 體 電 路 ( Digital inte

15、grated circuit， 記 為 DICs)。 TTL 邏 輯 電 路 CMOS 邏 輯 電 路 線 性 積 體 電 路 ( Linear integrated circuit， 記 為 LICs)。 數 位 積 體 電 路 乃 輸 入 數位 信 號 的 裝 置 ， 目 前 使用 最 廣 者 為 TTL及CMOS。 它 的 輸 入 電 壓 範 圍 較 輸出 電 壓 範 圍 為 大 ， 如 此可 減 低 輸 入 雜 訊 所 引 起的 錯 誤 動 作 。 n 廣 泛 使 用 的 數 位 裝 置系 列n TTL系 列 具 高 速 率 ，良 好 雜 訊 抑 制 力 及 低成 本 的 優 點電 晶

16、 體電 晶 體電 晶 體 電 晶 體 邏 輯 電 路電 晶 體 邏 輯 電 路電 晶 體 邏 輯 電 路 邏 輯 閥 之 電 路 運 作 情 形 邏輯電路 CMOS邏 輯 電 路 是 用 P通 道 與 N通 道 複 合 的MOSFET裝 置 所 作 的 它 是 一 種 互 補 對 稱 電 路 ， 故 被 稱 為 COS/MOS，COSMOS， 或 更 簡 單 稱 為 CMOS邏 輯 族 。 消 耗 功 率 很 低 ， 可 是 速 率 也 相 當 慢 。 反 相 器 電 路CMOS 正邏輯 閘NOR 之 特 性 線 性 積 體 電 路 的 輸 入 及 輸 出 波 形 ， 不 若 數 位 者 限定

17、 於 兩 個 極 值 ， 它 可 以 輸 入 不 同 的 波 形 及 電 壓 值 ，在 輸 出 亦 能 允 許 不 同 的 波 形 及 電 壓 值 的 出 現 。 在 彩 色 電 視 及 調 幅 (AM)、 調 頻 (FM)接 受 機 方 面 ，將 輸 入 信 號 放 大 輸 出 等 等 ， 只 有 線 性 積 體 電 路 才能 達 到 的 。 數 位 積 體 電 路 需 要 提 供 特 定 的 輸 入 信 號 ， 亦 僅 能產 生 特 定 的 輸 出 信 號 。 線 性 積 體 電 路 則 具 較 多 方面 之 能 力 ， 它 可 適 用 於 各 種 不 同 之 信 號 型 式 輸 入 ，而

18、 產 生 各 種 不 同 型 式 的 信 號 輸 出 。 雙 排 封 裝 型 ( dual-in-line package ) 金 屬 罐 封 裝 型 ( metal can package ) 平 坦 封 裝 型 ( flat package) 形 式 相 較 於 人 類 其 他 的 發 明 ， 積 體 電 路(IC)技 術 和 相 關 產 品 對 我 們 的 生 活 帶來 了 更 大 的 改 變 。 積 體 電 路 被 應 用 在 大 量 的 產 品 上 ，從 桌 上 型 電 腦 、 汽 車 、 消 費 性 電 子產 品 ， 到 太 空 衛 星 系 統 。 通 訊 - 傳 輸 聲 音 與

19、資 訊 的 設 備 無 線 通 訊 技 術 - 行 動 電 話 、 個 人 數 位 助理 (PDA) 電 腦 - 桌 上 型 、 筆 記 型 電 腦 ， 工 作 站 網 路 - 路 由 器 (Routers)、 路 由 選 擇 器 (Switches)、 數 據 機 消 費 性 電 子 產 品 - DVD、 視 訊 、 音 效 系統 家 用 產 品 - 家 電 、 防 盜 系 統 汽 車 - 導 航 系 統 、 引 擎 追 蹤 系 統 , 機 械控 制 系 統 太 空 - 太 空 梭 、 全 球 定 位 系 統 (GPS) 醫 療 - 偵 查 系 統 及 分 析 工 具 積 體 電 路 產 品

20、 設 計設 計設 計 之 產 品 通 訊 產 品 ： 包 括 寬 頻 網 路 (xDSL， Cable Modem)、 網路 電 話 (VoIP， Internet Telephone)、 10億 位元 乙 太 網 路 (Giga bits Ethernet)、 無 線 通 訊(W-CDMA， Bluetooth， HomeRF)等 相 關 產品 。 影 像 產 品 ： 包 括 高 畫 素 影 像 感 測 器 、 影 像 處 理 、 數 位相 機 變 焦 鏡 頭 、 嵌 入 式 相 機 模 組 、 投 影 機鏡 頭 等 相 關 產 品 。 資 訊 家 電 (IA)產 品 ： 包 括 家 庭 閘

21、 道 器 (Residential Gateway)、 IA 處 理 器 、 家 庭 網 路 (HomePNA， Power LineNetwork)、 端 子 盒 (Set-top-box)、 數 位影 音 (HDTV， DVD， MP3)等 相 關 產 品 。 名 稱 用 途 邏 輯 (LOGIC)IC 主 機 板 、 個 人 電 腦 、 筆 記 型 電 腦 、 網 路 卡 、 掃 瞄 器 、 數 據 機 等 。 混 合 信 號 元 件 筆 記 型 電 腦 、 主 機 板 、 網 路 卡 、 掃 瞄 器 、 PC Camera、 集 線 器等 。 線 性 (LINEAR)IC 電 腦 顯

22、示 器 、 電 源 供 應 器 、 主 機 板 、 充 電 器 、 PC Camera等 。 特 定 應 用 元 件 數 據 機 、 網 路 卡 、 集 線 器 、 呼 叫 器 、 USB控 制 器 、 PC Camera等 。 分 散 式 (DISCRETE)元 件 筆 記 型 電 腦 、 主 機 板 、 電 腦 顯 示 器 、 電 源 供 應 器 、 充 電 器 等 。 記 憶 體 IC 筆 記 型 電 腦 、 主 機 板 、 網 路 卡 、 數 據 器 、 掃 瞄 器 、 PC、Camera等 。 PC Camera等 。 影 像 感 測 IC組 其 他 主 機 板 、 筆 記 型 電

23、腦 、 PC Camera等 。 線 性 積 體 電 路 應 用 史 密 特 觸 發 器 精 密 放 大 器 二 極 體 整 流 電 路 微 分 器 與 積 分 器 非 線 性 波 形 產 生 器 正 弦 波 產 生 器 主 動 濾 波 器 類 比 信 號 的 運 算 與 處 理 A/D及 D/A轉 換 器 的 架 構 . 特 長 ：1. 內 阻 會 相 對 應 於 所 照 射 光 強 度 大 小 產 生 變 化 之 可 變 電 阻 器 。 2. 內 阻 隨 入 射 光 強 度 增 加 而 下 降 。3. 4 種 不 同 尺 寸 可 供 應 用 選 擇 。 4. 主 要 為 樹 脂 塗 佈 封

24、 裝 。 用 途 ：1. 照 相 機 、 照 度 錶 之 光 度 檢 測 。 2. 室 內 或 戶 外 照 明 用 具 之 自 動 控 制 開 關 。 3. 警 報 器 之 感 應 元 件 。 4. 光 控 玩 具 之 開 關 。 5. 其 他 工 業 應 用 。 特 長 ： 1. 小 型 、 高 精 密 度 。2. 低 容 抗 性 。 3. 反 應 速 度 快 。 4. 穩 定 性 佳 、 高 信 賴 度 。 5. 易 於 表 面 黏 著 製 程 。1. 溫 度 補 償 量 測 及 控 制 。 2. 液 位 感 測 及 熱 傳 導 量 測 。 3. 空 調 汽 車 及 家 電 工 業 。 4. 行 動 電 話 用 充 電 電 池 之 回 路 保 護 。5. 液 晶 顯 示 器 之 溫 度 補 償 。 應 用 ：