半導體產業由上游到下游可分四個部分,即設計業、製造業、封裝業及測 試業。在快速變遷的產業環境,以及日益擴大的資本設備投資額下,垂直專業 分工反而成了圭臬,這獨特的專業分工模式是台灣半導體產業的寫照。
2.1.1 台灣半導體製造產業現況
根據工研院IEK統計,2006年我國半導體(IC)總體產業產值(含設計、製造、
封裝、測試)為13,933億新台幣,其中製造業產值為7,667億新台幣。
表2-1 台灣半導體產業產值
單位:億新台幣 /20062007 總體IC產業產值 6,529 8,188 10,990 11,179 13,933 15,535 11.50%
IC設計業 1,478 1,902 2,608 2,850 3,234 3,697 14.30%
IC製造業 3,785 4,701 6,239 5,874 7,667 8,350 8.90%
IC封裝業 948 1,176 1,566 1,780 2,108 2,459 16.70%
IC測試業 318 409 577 675 924 1,029 11.40%
Year 2002 2003 2004 2005 2006 2007(e)
資料來源:IEK,半導體工業年鑑,2007
台灣半導體製造依業務型態分佈可以分專業晶圓代工廠(Fundry)及
DRAM(Dynamic Random Access Memory)廠,其中在晶圓代工,台積電與聯電分 佔全世界第一及第二的市佔率,整體台灣晶圓代工的產值約佔全球73% 。
資料來源:IEK,半導體工業年鑑,2007
表2-3 台灣半導體產品類別
Memory Micro Logic Analog
2002年 27.3% 0.4% 6.6% 0.5% 0.0% 65.2% 100.00%
(Foundry) 合計 客戶委托
(ASIC)
資料來源:IEK,半導體工業年鑑,2007
2.1.2 半導體元件製造工程
半導體元件製造工程如圖2-1所示,可分為單結晶製造工程、光罩(Mask) 製造工程、前工程及後工程。由於單結晶及光罩製造工程是專業廠商的領域。
所以半導體製造工程指的是前工程及後工程。
在封裝工程前稱為前工程,是在矽(Silicon)基板上施以晶圓製程(Wafer Process)之加工處理工程,而後工程指的是將前工程完成後的IC晶片封裝並加以
2.1.3 晶圓製造流程
晶圓製程(Wafer Process)在半導體製造中被稱為”前工程”,其特徵是以微影 製程用以形成微影圖案(Pattern),類似照相製版工程為中心,不斷反復地進行洗 淨、熱處理、成膜等步驟。
所謂的微影是一種將描繪於光罩(Photo Mask)基板的VLSI微影圖案轉寫到 晶圓上的手段。首先將光阻塗佈於晶圓上,再經由Stepper(微影設備)將微影圖案 縮小投影曝光於光阻上,再進行蝕刻以去除光阻,上述一連串的製程便稱為微 影製程。一般半導體元件都要經過20~30次之微影圖案顯影過程,在這顯影過程 都會插入上述洗淨、熱處理、成膜等步驟。
微影製程
光阻塗佈
固化 顯影 曝光 烘烤
蝕刻 洗淨工程
不純物導入工程 熱處理工程
膜形成工程
平坦化工程
膜形成工程
平坦化工程
洗淨工程 配線工程 基板工程
光阻去除
2.1.5 微影設備
微影設備主要有電子束曝光設備、X光曝光設備、雷射束曝光設備、離子 束曝光設備及光曝光設備。
光曝光設備又可以分為密著曝光設備、近接曝光設備、反射投影曝光設備、
反射縮小投影曝光設備(Step and Scan)及Lens縮小投影曝光設備(Stepper , Scanner )目前以Lens縮小投影曝光設備為主流。 stepper , scanner 反射縮小投影曝光設備 step and scan
紫外光源使用
2.1.6 微影技術
微影設備廠商以荷蘭艾司摩爾(ASML)、日本Nikon及Canon為市場主要 供應商。其中ASML為主要供應商,2007年全球市佔率為65%。
圖2-5 2007年主要微影製造設備廠商
資料來源:半導體科技先端封裝與測試,2007
微影所使用的光源主要有ArF(波長為193奈米)、F2(波長為157奈米)及 EUV(波長為13.4奈米)等。針對支援未來細微化製程所需的光源技術,目前分 別有兩大陣營提出看法,也就是沿用既有ArF光源,但在技術上採取浸潤式曝 光,以及波長為13.4奈米的超紫外線(EUV)微影技術。
目前微影設備大廠,已將EUV列為193nm之後的主流技術,並停止157nm 技術及設備研發工作,但因EUV設備價格偏高,因此介於193nm及EUV二製程 世代之間的32奈米製程,也只能由193nm的浸潤式製程著手進行研發。
在半導體廠量產製程中,在微影(Lithograpy)的部分,大多是採用ArF為 雷射光源進行曝光顯影,所使用的ArF,這樣的波長對於微米製程來說,是沒有 太大的問題,所以一直到0.13微米(130奈米)也都延續採用ArF雷射光源作為 微影光源。
隨著半導體晶片的電路集積度愈高,所使用光源波長需求也隨之縮短,但 是接下來面對奈米製程的環境時,也就是0.1微米以下的製程,尋找出適當可用 的雷射光源難度也就愈來愈高。
因此對於這樣的問題,目前半導體業界對於導入65奈米以下的製程,已經 開始逐漸不考慮傳統乾式的157奈米微影技術,而改採193奈米浸潤式微影技術。
在台灣包括聯電和台積電都開始導入浸潤式微影技術,聯電在2007年下半 投入45奈米製程的曝光設備中就採用了浸潤式微影設備。
而台積電於2007年下半年已開始為部份客戶量產45奈米及40奈米晶片,採 用的是主流浸潤式微影技術,年底台積電宣佈利用浸潤式技術配合雙重曝影,
成功試產出32奈米的2Mb靜態隨機存取記憶體(SRAM),為明後年進入32奈米 世代立下基礎。
根據半導體廠的技術藍圖,32奈米將於2009年下半年推出,再次世代的22 奈米預計2011年推出,但是目前193nm浸潤式微影設備對微縮至22奈米及再下一 世代的15奈米,已有物理上的限制,所以部分半導體廠已經開始與微影設備大 廠合作,開始評估導入EUV的設備,或是利用多電子束(multi-beam)研發無光 罩技術。