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半導體製程技術發展史

半導體製程技術發展史. ◆ 可利用 10 年的時間間隔,回顧半導體製程的歷史 : IC 以前 (1950 年代 ) IC 時代 (1960 年代 ) LSI 時代 (1970 年代 ) VLSI 時代 (1980 年代 ) 次微米 VLSI 時代 (1990 年代 ) Giga bit 時代 (2000 年以後 ). IC 以前 (1950 年代 ). ◆ 1950 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,都以量產為立足點。 ◆ 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。

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半導體製程技術發展史

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  1. 半導體製程技術發展史 ◆ 可利用10年的時間間隔,回顧半導體製程的歷史: • IC以前(1950年代) • IC時代(1960年代) • LSI時代(1970年代) • VLSI時代(1980年代) • 次微米VLSI時代(1990年代) • Giga bit時代(2000年以後)

  2. IC以前 (1950年代) ◆ 1950 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,都以量產為立足點。 ◆ 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。 ◆ 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。 ◆ 在1950年代末急速進展,材料從Ge轉為Si。因此,製程技術亦從以往的Ge加工技術,變為Si加工技術,變遷到IC時代。

  3. IC時代 (1960年代) ◆ 1960年代為IC的時代,此時起引進光微影技術(photolithography) 。使用光罩的圖案轉寫技術引進IC的製造工程。 ◆ 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 。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,此技術對於減低雙極性電晶體的集極系列的電阻,是不可或缺的,後來也應用在雙極性IC的基板。

  4. LSI時代 (1970年代) ◆ IC的積體度增大,最早被稱為LSI的 MOS記憶體,於1969 ~ 1970年登場。 ◆ 於1970年代定位為LSI時代。過去不穩定的MOS元件,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。 ◆ 達到高密度、高積體度的製程,是Si閘極技術崛起的最大關鍵,閘極構造取代過去的Al閘極。 ◆ Intel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。 ◆ 從此時起,CVD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1970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 LOCOS (Local Oxidation of Silicon) 構造。採用選擇性氧化法的隔離構造,也是目前廣泛應用的技術。

  5. LOCOS製程流程

  6. VLSI時代(1980年代) ◆ 1980年代,隨著DRAM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。 ◆ 本時期的最小圖案尺寸為1μm,隨著步進機的必要性,製程同時往乾式化進展。特別是過去使用的蝕刻技術,從濕式製程轉為使用電漿的乾式製程。 ◆ 藉由乾式化,可提昇圖案轉寫的精確度,提高再現性。 ◆ 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。 ◆ 元件技術方面,從雙極性轉移至CMOS,數位用的IC以及LSI幾乎都是用CMOS構造製作而成。

  7. 濕式蝕刻製程與乾式蝕刻製程

  8. 次微米VLSI時代 (1990年代) ◆ 本時代的最小加工尺寸為1μm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。 ◆ 相對於“DRAM的日本”而言,本時代由於“DRAM的韓國”抬頭,DRAM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。 ◆ 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。但並不是所有的製程都可以連續化,製程整合是促成晶圓製程標準化和共通化的動作。 ◆ W插塞 (plug) 構造的流程,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。

  9. Giga bit時代 (2000年以後) ◆ 本世紀邁入Giga bit的時代,最小加工尺寸為0.18μm至0.13μm,且不久即轉移至0.1μm 。尺寸的表示從μm轉變為nm。因此,引進新製程、新材料是不可或缺的工作,製程技術方面,對於開發的需求有重新回到原點的態勢。 ◆ 新的技術包括銅配線、low絕緣膜、強誘電體 ( 強介電常數 ) 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衝擊。 ◆ 引進新製程、新材料及其影響效應。

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