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1、 可利用可利用10年的時間間隔，回顧半導體製程年的時間間隔，回顧半導體製程的歷史的歷史：IC以前以前(1950年代年代)IC時代時代(1960年代年代)LSI時代時代(1970年代年代)VLSI時代時代(1980年代年代)次微米次微米VLSI時代時代(1990年代年代)Giga bit時代時代(2000年以後年以後)半導體製程技術發展史半導體製程技術發展史 IC以前以前(1950年代年代)1950 年代是開始生產電晶體的時代。當時半導年代是開始生產電晶體的時代。當時半導體基板材料為鍺，加工鍺的各種技術，都以量產體基板材料為鍺，加工鍺的各種技術，都以量產為立足點。為立足點。電晶體由點接觸型開始，
2、經過合金接合型、成長電晶體由點接觸型開始，經過合金接合型、成長接合型等，接著引進擴散技術，再轉移到矽。接合型等，接著引進擴散技術，再轉移到矽。本世代的製程包括使用爐管的熱處理、去除污染、本世代的製程包括使用爐管的熱處理、去除污染、蝕刻、電鍍等等。蝕刻、電鍍等等。在在1950年代末急速進展，材料從年代末急速進展，材料從Ge轉為轉為Si。因。因此，製程技術亦從以往的此，製程技術亦從以往的Ge加工技術，變為加工技術，變為Si加加工技術，變遷到工技術，變遷到IC時代。時代。IC時代時代(1960年代年代)1960年代為年代為IC的時代，此時起引進光微影技術的時代，此時起引進光微影技術(photolit
3、hography)。使用光罩的圖案轉寫技術引進。使用光罩的圖案轉寫技術引進IC的製造工程。的製造工程。從製程技術面而言，本時代誕生了微影製程、平從製程技術面而言，本時代誕生了微影製程、平面技術的開發、表面安定化技術面技術的開發、表面安定化技術。為了提昇雙極為了提昇雙極性電晶體的性能，引進磊晶層形成技術的主題。離性電晶體的性能，引進磊晶層形成技術的主題。離子植入技術的原型也是在本時代提出。子植入技術的原型也是在本時代提出。磊晶成長技術的應用是從本時代開始，此技術對磊晶成長技術的應用是從本時代開始，此技術對於減低雙極性電晶體的集極系列的電阻，是不可或於減低雙極性電晶體的集極系列的電阻，是不可或缺的
4、，後來也應用在雙極性缺的，後來也應用在雙極性IC的基板。的基板。LSI時代時代(1970年代年代)IC的積體度增大，最早被稱為的積體度增大，最早被稱為LSI的的 MOS記憶體，於記憶體，於1969 1970年登場。年登場。於於1970年代定位為年代定位為LSI時代。過去不穩定的時代。過去不穩定的MOS元件，元件，由於確立了界面特性安定化的製程，此一趨勢下，使得由於確立了界面特性安定化的製程，此一趨勢下，使得MOS記憶體開始出現於市面。記憶體開始出現於市面。達到高密度、高積體度的製程，是達到高密度、高積體度的製程，是Si閘極技術崛起的最大閘極技術崛起的最大關鍵，閘極構造取代過去的關鍵，閘極構造取
5、代過去的Al閘極。閘極。Intel公司發表使用此一閘極構造的記憶體，成為以後公司發表使用此一閘極構造的記憶體，成為以後DRAM發展的出發點。發展的出發點。從此時起，從此時起，CVD膜的重要性增加，藉由熱壁膜的重要性增加，藉由熱壁(hot wall)LPCVD法，開發出多晶矽膜和氮化膜的形成技術。而且法，開發出多晶矽膜和氮化膜的形成技術。而且1970年代為確立半導體製造設備產業的時期。年代為確立半導體製造設備產業的時期。本時期所開發的製程技術，最為注目的就是本時期所開發的製程技術，最為注目的就是 LOCOS(Local Oxidation of Silicon)構造。採用選擇性氧化法的構造。採用
6、選擇性氧化法的隔離構造，也是目前廣泛應用的技術。隔離構造，也是目前廣泛應用的技術。LOCOS製程流程製程流程VLSI時代時代(1980年代年代)1980年代，隨著年代，隨著DRAM的量產及高密度化的進展，的量產及高密度化的進展，DRAM在半導體產業內是技術的驅動力。在半導體產業內是技術的驅動力。本時期的最小圖案尺寸為本時期的最小圖案尺寸為1m，隨著步進機的必，隨著步進機的必要性，製程同時往乾式化進展。特別是過去使用要性，製程同時往乾式化進展。特別是過去使用的蝕刻技術，從濕式製程轉為使用電漿的乾式製的蝕刻技術，從濕式製程轉為使用電漿的乾式製程。程。藉由乾式化，可提昇圖案轉寫的精確度，提高再藉由乾
7、式化，可提昇圖案轉寫的精確度，提高再現性。現性。藉由本時期的反應性離子蝕刻，微細圖案形成技藉由本時期的反應性離子蝕刻，微細圖案形成技術的進步極為顯著。術的進步極為顯著。元件技術方面，從雙極性轉移至元件技術方面，從雙極性轉移至CMOS，數位用，數位用的的IC以及以及LSI幾乎都是用幾乎都是用CMOS構造製作而成。構造製作而成。濕式蝕刻製程與乾式蝕刻製程濕式蝕刻製程與乾式蝕刻製程 濕式製程濕式製程 乾式製程乾式製程 技術上是舊的印象技術上是舊的印象會產生公害的印象會產生公害的印象會附帶有污染的印象會附帶有污染的印象控制困難的印象控制困難的印象不需有真空不需有真空最尖端技術的印象最尖端技術的印象不產
8、生公害的印象不產生公害的印象潔淨的印象潔淨的印象容易控制的印象容易控制的印象需有真空需有真空損害光阻的密著性損害光阻的密著性反應生成物的脫離困難反應生成物的脫離困難溶液需要控制溶液需要控制(組成、長時變化、溫度等組成、長時變化、溫度等)圖案的形狀控制困難圖案的形狀控制困難最終檢測困難最終檢測困難加工對象物受限加工對象物受限選擇比很多可無限選擇比很多可無限很難適用微細圖案形成很難適用微細圖案形成不怕軸射損害不怕軸射損害保有光阻的密著性保有光阻的密著性反應生成物的脫離容易反應生成物的脫離容易氣體容易控制氣體容易控制(壓力、流量等壓力、流量等)圖案可以更精密的控制圖案可以更精密的控制最終檢測容易最終
9、檢測容易加工對象物幾乎無限制加工對象物幾乎無限制選擇比限制多選擇比限制多可適用微細圖案形成可適用微細圖案形成恐有輻射損害或污染恐有輻射損害或污染次微米次微米VLSI時代時代(1990年代年代)本時代的最小加工尺寸為本時代的最小加工尺寸為1m以下，由於步進機也加以對以下，由於步進機也加以對應，提高解析度，硬體的進步持續推進。應，提高解析度，硬體的進步持續推進。相對於相對於“DRAM的日本的日本”而言，本時代由於而言，本時代由於“DRAM的韓的韓國國”抬頭，抬頭，DRAM不再只是日本獨佔的舞台。此外，台灣不再只是日本獨佔的舞台。此外，台灣的半導體生產也急速成長，以代工廠方式為主，成功扮演的半導體生
10、產也急速成長，以代工廠方式為主，成功扮演半導體生產基地的角色。半導體生產基地的角色。本時期內，製程技術的主題為製程整合概念的滲透。這是本時期內，製程技術的主題為製程整合概念的滲透。這是設備與設計概念的結合，本書作者一直以來稱為複合製程設備與設計概念的結合，本書作者一直以來稱為複合製程的方式。的方式。複合製程主要是組合幾個基本製程進行處理，形成一種構複合製程主要是組合幾個基本製程進行處理，形成一種構造，在一台設備內將製程連續化達成一項目標。但並不是造，在一台設備內將製程連續化達成一項目標。但並不是所有的製程都可以連續化，製程整合是促成晶圓製程標準所有的製程都可以連續化，製程整合是促成晶圓製程標準
11、化和共通化的動作。化和共通化的動作。W插塞插塞(plug)構造的流程構造的流程，是製程整合的典型例子。是製程整合的典型例子。CMP技術也在本時期確立為基本製程之一。技術也在本時期確立為基本製程之一。Giga bit時代時代(2000年以後年以後)本世紀邁入本世紀邁入Giga bit的時代，最小加工尺寸為的時代，最小加工尺寸為m至至m，且不久即轉移至，且不久即轉移至m。尺寸的表示。尺寸的表示從從m轉變為轉變為nm。因此，引進新製程、新材料。因此，引進新製程、新材料是不可或缺的工作，製程技術方面，對於開發是不可或缺的工作，製程技術方面，對於開發的需求有重新回到原點的態勢。的需求有重新回到原點的態勢
12、。新的技術包括銅配線、新的技術包括銅配線、low絕緣膜、強誘電體絕緣膜、強誘電體(強介電常數強介電常數)記憶體相關材料、高誘電率閘極記憶體相關材料、高誘電率閘極絕緣膜等，其他周邊製程與設備的開發也受到絕緣膜等，其他周邊製程與設備的開發也受到衝擊。衝擊。引進新製程、新材料及其影響效應引進新製程、新材料及其影響效應。大分類大分類中分類中分類小分類小分類洗淨製程洗淨製程 濕式洗淨濕式洗淨 藥液洗淨藥液洗淨純水洗淨純水洗淨超音波、超音波、Mega sonic、高壓噴射洗淨、高壓噴射洗淨 乾式洗淨乾式洗淨 電漿清洗電漿清洗清洗清洗 熱處理製程熱處理製程 熱氧化熱氧化 爐及爐及RTP乾式氧化及濕式氧化乾式
13、氧化及濕式氧化 退火退火 結晶性回復、除氣、嵌入結晶性回復、除氣、嵌入燒結、回流等燒結、回流等 雜質摻入製程雜質摻入製程 離子植入離子植入 高電流植入、中電流植入、低加速電高電流植入、中電流植入、低加速電壓植入、高加速電壓植入、其他壓植入、高加速電壓植入、其他熱擴散熱擴散 氣相擴散、固相擴散等氣相擴散、固相擴散等電漿摻雜電漿摻雜-大分類大分類中分類中分類小分類小分類薄膜製程薄膜製程 CVD常壓、減壓、電漿、高密度電漿、常壓、減壓、電漿、高密度電漿、光等光等 PVD濺鍍、蒸著、離子電鍍等濺鍍、蒸著、離子電鍍等 塗佈法塗佈法-電鍍法電鍍法-微影微影(光阻製程光阻製程)光阻處理光阻處理塗佈、顯影、光阻材料塗佈、顯影、光阻材料 曝光技術曝光技術紫外線、準分子雷射、電子束、紫外線、準分子雷射、電子束、X射線等射線等 蝕刻製程蝕刻製程乾式蝕刻乾式蝕刻電漿蝕刻、反應性離子蝕刻、離電漿蝕刻、反應性離子蝕刻、離子切削等子切削等 濕式蝕刻濕式蝕刻-灰化灰化-平坦化製程平坦化製程 CMP-回蝕刻回蝕刻-