2.1前言
半導體工業的製程是在矽半導體上製造電子元件，包括微處理器、
動態記憶體、靜態記憶體…等，而電子元件是由精密且複雜的積體電路 所組成，積體電路(Integrated Circuit，簡稱 IC)。IC 的製造過程是將晶 片進行氧化層成長、物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition)、化學氣 相沉積(Chemical Vapor Deposition)、微影(Lithography)及蝕刻(Etching) 等技術。每個製程都多達兩百至三百個步驟，程序相當多且複雜。隨著 電子資訊產品朝著輕薄短小化的方向發展，半導體製造的方法也向著高 密度及自動化生產的方向前進。而 IC 製造技術的發展趨勢，大多仍朝 著克服晶圓直徑變大，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，將以上所造成的良率控制困難方向加以 改良。圖 2-1 為晶圓製造過程。
圖 2-1 晶圓之製造過程
半導體工業所使用之材料包含單一組成的半導體元素，如矽(Si)、鍺
(Ge)(屬化學週期表上第四族元素)及多成分組成的半導體含二至三種元 素，如鎵砷(GaAs)半導體是由第三族的鎵與第五族的砷所組成。在 1950 年代早期，鍺為主要半導體材料，但鍺製品在不甚高溫情況下，有高漏 失電流現象。因此，1960 年代起矽晶製品取代鍺成為半導體製造主要材 料。半導體產業結構可區分為材料加工製造、晶圓之積體電路製造(Wafer Fabrication)(中游)及晶圓切割、構裝(Wafer Package)等三大類完整製造 流程，如圖 2-2 所示。
其中材料加工製造是指從矽晶石原料提煉矽多晶體(Polycrystallines Silicon)直到晶圓(Wafer)產出，此為半導體之上游工業。此類矽晶片再經 過研磨加工及多次磊晶爐(Epitaxial Reactor)則可製成研磨晶圓成長成為 磊晶晶圓，其用途更為特殊，且附加價值極高。其次晶圓之體積電路製 造，則由上述各種規格晶圓，經由電路設計、光罩設計、蝕刻、擴散等 製程，生產各種用途之晶圓，此為中游工業。而晶圓切割、構裝業係將 製造完成的晶圓，切割成片狀的晶粒(Grain)，再經焊接、電鍍、包裝及 測試後即為半導體成品。
圖 2-2 半導體產業結構上、中、下游完整製造流程
2.2 製程介紹
2.2.2 薄膜
薄膜沉積技術分為兩個方向：物理氣相沉積（PVD）；化學氣相沈積（CVD）
（一）物理氣相沉積
物理氣相沉積法是以物理機制來進行薄膜沉積製程技術，所謂的物 理機制就是物質的相變化，對欲沉積薄膜的材料原施加熱能或動能，始 知分解為單原子或原子聚合體，並結合或凝聚在矽晶圓表面，形成薄膜。
如蒸鍍(Evaporation)、濺鍍(Sputtering)。而這種過程無涉及化學反應，
因此所沉積的材料純度佳且品質穩定。
物理氣相沉積法主要的 PVD 技術如下：
1.蒸鍍：蒸鍍原理是在高真空腔體中，放入所要蒸鍍的材料，利用電熱 絲或電子束加熱升溫達到熔化、氣化溫度，使材料蒸發，到達並附著在 基板(晶圓)表面上的一種鍍膜技術。過程中，被鍍物的表面溫度對蒸鍍 所形成薄膜的特性有很重要的影響。基板需要適當的加熱，使得蒸鍍原 子可以在基板表面自由移動，如此才能形成均勻的薄膜。基板加熱至 150
℃以上時，可使沉積膜與基板間形成良好的連結而不致剝落。如圖 2-4 所示。
圖 2-4 電子束蒸鍍示意圖
2.濺鍍：濺鍍的基本原理是將加速的離子轟擊固體表面，離子在和固體 表面的原子交換動量之後，就會從固體表面濺出原子，此現象為濺射，
如圖 2.5 所示。濺射是真空鍍膜方法之一。通常陰極上裝載的是靶材，
而陽極上裝載的則是待鍍物(試片基板或碟片)。為使於濺鍍氣體中電漿 能夠點燃，將陰極加到數百伏特電壓。陰極所加的電壓相對於陽極而言 是負的，因而游離的氬正離子被加速往陰極表面飛去。當氬正離子與靶 材表面發生碰撞時，靶材表面原子被撞擊出而飛向置於陽極的基板並鍍 在基板表面。濺鍍是利用濺射現象(Sputtering)，所謂的濺射現象是指固 體表面受到帶有高能量粒子的衝擊，基於動量轉移的原理，固體表面的 原子、分子等從帶有高能量粒子取得動能，由固體表面被擊出。
濺鍍在高真空的環境下，反應室通入適當的氣體(大多使用氬氣 Ar)，
並控制在適當的壓力下，反應室內的自由電子去撞擊 Ar 分子，造成 Ar
的解離，產生二次電子與 Ar 離子，Ar 離子受到靶材上負電位的影響，
加速去撞擊靶材，將靶材上的金屬給撞擊下來，並沉積在晶片表面上。
濺鍍的優點有薄膜沉積速率佳、精准成分控制佳、整體製造成本低、
純度高、低溫可形成薄膜，以及在製備合金和化合物薄膜的過程中可保 持原組成不變。相對的，階梯覆蓋率(Step Coverage)比較差(相較於 CVD)。
濺鍍本身受到濺射原子多方向與多角度散射的影響下，不易在非水平表 面下，得到連續且均勻覆蓋(Conformal)的薄膜。當製程線寬極小化的時 後，用傳統 PVD 鍍膜的方式就有其缺陷存在。且由於受到濺射原子多 元散射方向的影響，不易得到在接觸洞連續且均勻覆蓋的金屬膜，以至 於影響填洞或栓塞的能力。因此現在濺鍍技術的重點，莫不著重於改進 填洞時之階梯覆蓋率，以增加反擴散層等之厚度，以改善元件之電磁特 性，並簡化製造流程降低成本等。
圖 2-5 濺鍍機原理圖
（二）化學氣相沉積 常壓化學氣相沉積 (Atmosphere Pressure CVD, APCVD)、低壓化學氣相 沉 積 (Low Pressure CVD, LPCVD) 、 電 漿 增 強 式 化 學 氣 相 沈 積 法
等。在化學氣相沉積當中減低壓力，最主要的目的在將其他不相干的氣 體去除，以避免產生不必要的反應而得到雜質。畢竟化學氣相沉積其中 一個目的，就是要得到高純度的樣品。而傳統的化學氣相沉積法，必須 要在樣品能夠成為氣相，即樣品在該狀態下是氣態，或者具有一定的蒸 氣壓；然而許多高沸點的分子或是大分子，其蒸氣壓是相當 低，甚至 還有可能是固態。因此就產生了氣溶膠輔助氣相沉積(Aerosol Assisted CVD, AACVD)以及直接液體注入化學氣相沉積(Direct Liquid Injection CVD, DLICVD)。氣溶膠輔助氣相沉積是將樣品用超音波做成氣溶膠狀
體壓力調降到大約 100torr 以下的一種化學氣相沈積反應。因為在低壓
圖 2-6 化學氣相沉積原理
2.2.3 微影
微影的目的是將積體電路結構圖形製作在光罩（Mask）上，然後將 光罩上的圖形轉印在塗佈有機光阻（Photo Resist）薄膜的晶圓上，經過 穿過光罩光線的照射及顯影處理，光阻層便可呈現出與光罩上相同圖形 結構，並可將圖形尺寸適當地縮小，以便在晶圓上製造出許多相同電路 結構的積體電路產品。我們常以一個製程所需要經過的微影次數，或是 所需要的光罩 Mask 數量，來表示這個製程的難易程度。另外我們也常 以一個工廠的微影製程所能處理最小線寬的能力，來評斷工廠的技術層 次。如我們常說的 0.25、0.18 或 0.13 微米等製程，指的就是微影技術所 能達到的最小線寬的製程，如圖 2.7 所示。
圖 2-7 微影示意圖
2.2.4 蝕刻
蝕刻製程的功能，是要將進行微影製程前所沉積的薄膜，厚度約在 數千到數百 Å 之間，把沒有被光阻覆蓋及保護的部分，以化學反應或是 物理作用的方式加以去除，已完成轉移光罩圖案到薄膜上面的目的［
12］。
蝕刻製程乃是將經過微影製程在表面定義出 IC 電路圖案的晶圓，以 化學腐蝕反應的方式，或物理撞擊的方式，或上述兩種方式的合成效果，
去除部份材質，留下 IC 電路結構。
蝕刻技術可分兩種，「濕蝕刻 (Wet Etching)」及「乾蝕刻(Dryetching)」， 濕蝕刻是使用化學溶液技術，使材料經由化學反應以達到蝕刻的目的，
而乾蝕刻則是以電漿蝕刻(Plasma Etching)，電漿蝕刻中會使電漿中的離
子撞擊晶圓中晶片之表面，使晶片表面產生物理作用。也有以電漿中活 蝕刻 (Isotropic Etching)」。
對等向性蝕刻來說，就像投下炸彈一般，炸出一個凹洞，而這個凹
圖 2-8 底切顯示圖
2.2.4.2 乾蝕刻
乾式蝕刻法是利用氣體分子或其產生的離子及自由基，對晶圓上的 材質進行物理式撞擊濺蝕及化學反應，來移除蝕刻部份。被蝕刻的物質 變成揮發性的氣體，經抽氣系統抽離。以活性離子蝕刻為例，就是利用 電漿放電方式進行異向性蝕刻的方法。在電漿的環境中，含有大量的活 性自由基（Rreactive Radical），為中性的原子或分子物）及帶電荷離子，
可以和被蝕刻物進行化學腐蝕反應，而正離子在蝕刻物表面產生垂直撞 擊的效果，可以加速蝕刻物垂直方向蝕刻率，而得到異向蝕刻的結果。
乾蝕刻是一種非等向性蝕刻(Anisotropic Etching)，具有很好的方向性 (Directional Properties) ，但比濕蝕刻較差的選擇性（Selectivity）。乾蝕 刻通常是一種電漿蝕刻(Plasma Etching)，由於蝕刻作用的不同，電漿中 離子的物理性轟擊(Physical Bomboard)，活性自由基(Active Radical)與元 件(晶片)表面原子內的化學反應(Chemical Reaction)，或是兩者的複合作 用，可分為三大類：物理性蝕刻：濺擊蝕刻(Sputter Etching)，離子束蝕 刻(Ion Beam Etching)。濺擊蝕刻(Sputter Etching)將惰性的氣體分子如氬
氣施以電壓，利用衍生的二次電子將氣體分子解離或激發成各種不同的 (Electron Cyclotron)，(2)磁圈(Magnet Coil)。前者是利用 2.54GHz 的微 波來增加電子與氣體分子的碰撞機率；而後者則是在真空腔旁加入一個
續進行，而在側壁上的沈積物，因未受離子轟擊而保留下來，阻隔了蝕 例，如接觸窗或介層洞(Contact Window and Via Hole)，為了讓後續金屬 濺鍍能有較佳的階梯覆蓋能力(Stepcoverage），而故意使其蝕刻輪廓小於 九十度。通常控制蝕刻輪廓可從氣體種類、比例、及偏壓功率來進行。
乾蝕刻通常以電漿來進行蝕刻，由於蝕刻作用不同，電漿中離子的 物理性轟擊(Physical Bomboard)、活性自由基(Active Radical )與元件表 面原子的化學反應或兩者的複合作用。其他的乾式蝕刻技術有:電子迴旋 共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)、磁場增強是反映、子蝕刻 (Magnetically Enhanced Reactive on Etch, MERIE)、感應耦合式電漿 (Transformer Coupled Plasma , TCP)，磁場增強式反映離子蝕刻系統具有 高電將密度、低操作壓力、低離子能量可控制等優點，對於蝕刻製程中 能夠提供一般傳統蝕刻系統更高蝕刻速率與非等向性，來達成蝕刻後的
乾蝕刻通常以電漿來進行蝕刻，由於蝕刻作用不同，電漿中離子的 物理性轟擊(Physical Bomboard)、活性自由基(Active Radical )與元件表 面原子的化學反應或兩者的複合作用。其他的乾式蝕刻技術有:電子迴旋 共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)、磁場增強是反映、子蝕刻 (Magnetically Enhanced Reactive on Etch, MERIE)、感應耦合式電漿 (Transformer Coupled Plasma , TCP)，磁場增強式反映離子蝕刻系統具有 高電將密度、低操作壓力、低離子能量可控制等優點，對於蝕刻製程中 能夠提供一般傳統蝕刻系統更高蝕刻速率與非等向性，來達成蝕刻後的