半導體如何研發?晶圓體是如何製程的呢?

Question

半導體如何研發?晶圓體是如何製程的呢?

半導體如何研發?晶圓體是如何製程的呢?

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Answer 1

晶圓（Wafer）的生產由砂即（二氧化矽）開始，經由電弧爐的提煉還原成 冶煉級的矽，再經由鹽酸氯化，產生三氯化矽，經蒸餾純化後，透過慢速分 解過程，製成棒狀或粒狀的「多晶矽」。一般晶圓製造廠，將多晶矽融解 後，再利用矽晶種慢慢拉出單晶矽晶棒。一支85公分長，重76.6公斤的8吋 矽晶棒，約需2天半時間長成。經研磨、拋光、切片後，即成半導體之原料 晶圓片。晶圓（Wafer）是由二氧化矽提煉製成，是用在資訊產品、資訊家電等日常用品中，各種半導體產品的材料。而所謂的八吋與十二吋晶圓，則是以晶圓大小來區分，大尺寸的晶圓，切割成的IC半導體顆粒數自然較多。在日常生活中，例如手機、主機板、數位相機、PDA、家電等生活品，上面都佈滿IC半導體，而IC的材料來源就是晶圓。晶圓主要是由二氧化矽經過純化、融解、蒸餾和一連串的分解後所提煉的晶矽結晶，然後再將晶矽拉成不同直徑大小的矽晶棒。晶圓廠將矽晶棒經過研磨、拋光和切片後，就成為製造半導體的材料–晶圓片；然後再根據客戶需求及設計，將晶圓片經過沈澱、蝕刻、加溫、光阻處理、塗佈、顯影等數百道家工程序，晶圓片依不同尺寸，就可製成數十到數百顆的IC半導體，然後經半導體封裝測試廠完成測試、切割和封裝後，淘汰不良產品，就成為半導體成品，交由電腦、主機板、手機等各種不同廠商生產各式產品。
介於導體與非導體間之物質（如矽或鍺），故其導電性居於金屬與絕緣體之間，並隨溫度而增加。半導體材料，呈中度至高度之電阻性（視製造之際所摻雜之物質而定）。純半導體材料( 稱為內質半導體），導電性低；若於其中添加特定類型之雜質原子（成為外質半導體），則可大為增加其導電性。施體雜質（５價）可大量增加電子數目，而產生負型半導體；受體雜質（３價）則大量增加電洞數目，而產生正型半導體。此種外質半導體之導電性，端視其中雜質之類型及總量而定。不同導電性之半導體若經集合一起，可形成各種接面； 此即為半導體裝置（供作電子組件使用）之基礎。半導體一詞，亦常意指此類裝置本身（如電晶體、積體電路等）。

以導電性來說，應該知道有所謂的導體和絕緣體；而介於兩者之間，導電性比金屬導體小很多，卻比絕緣體來得好的物質，就叫做『半導體』或『半金屬』。
一般而言，矽（Si）是最常用的半導體材料，在矽中摻入微量的砷（As）、磷（P）或硼（B），就能改變矽的導電特性，形成ｎ型（負性）或ｐ型（正性）半導體。ｎ型？ｐ型？是什麼意思呢？下面簡單說明：
矽原子的最外層有四個電子，純矽原子間以共價（共用電子）的方式，形成一相當穩定的狀態。由於缺少自由電子，因此，純矽的導電性極差。
但是，如果我們在純矽中摻入（doping）少許的砷或磷（最外層有五個電子），就會多出一個自由電子，這樣就形成ｎ型半導體；如果我們在純矽中摻入少許的硼（最外層有三個電子），就反而少了一個電子，而形成一個電洞，這樣就形成ｐ型半導體（少了一個帶負電荷的電子，可視為多了一個正電荷）。此時若在矽晶兩端加電壓，就能使電子產生自由移動而顯著地增加其導電性。
除了ｎ型和ｐ型半導體，如果把兩者連接起來，在它們的接合面會有特殊情形產生，我們把這個面稱為ｐ-ｎ型接面（ｐ-ｎ junction）。一般熟知的電晶體、二極體等電子元件，就是利用ｐ-ｎ型接面而形成的。
半導體的重要性，在於我們可以利用改變半導體的電容，製成各種半導體元件，而使得電子工業、光學工業和能量系統都產生重大改進（如雷射、太陽能電池），近年來更廣泛運用在電腦的晶片中。

Answer 2

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Answer 3

晶圓製程和原理
晶圓先經過適當的清洗（Cleaning）之後，送到熱爐管（Furnace）內，在含氧 的環境中，以加熱氧化（Oxidation）的方式在晶圓的表面形成一層厚約數百個的二氧化矽（ ）層，緊 接著厚約1000到2000的氮化矽（ ）層將以 化學氣相沈積（Chemical Vapor Deposition；CVP）的方 式沈積（Deposition）在剛剛長成的二氧化矽上，然後整個晶圓將進行微影（Lithography）的製程，先在晶圓 上上一層光阻（Photoresist），再將光罩上的圖案移轉到光阻上面。接著利用蝕刻（Etching）技術，將部份未 被光阻保護的氮化矽層加以除去，留下的就是所需要的線路圖部份。接著以磷為離子源（Ion Source），對整片晶圓進行磷原子的植入（Ion Implantation），然後再把光阻劑去除（Photoresist Scrip）。製程進行至此，我們已將構成積體電路所需的電晶體及部份的字元線（Word Lines），依光罩所提供的設計圖案 ，依次的在晶圓上建立完成，接著進行金屬化製程（Metallization），製作金屬導線，以便將各個電晶體與元件加以連接，而在每一道步驟加工完後都必須進 行一些電性、或是物理特性量測，以檢驗加工結果是否在規格內（Inspection and Measurement）；如此重複步驟製作第一層、第二層．．．的電路部份，以 在矽晶圓上製造電晶體等其他電子元件；最後所加工完成的產品會被送到電性測試區作電性量測。
晶圓製造的步驟後，此時晶圓還沒任何的功能，所以必須經過 積體電路製程，才可算是一片可用的晶圓。
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半導體製程
1.基本IC 製造流程

2.真空概述與設備

3.半導體製程中的化學物質

4.氣相沉積設備– CVD薄膜製程設備、PVD薄膜製程設備

5.氧化及擴散製程設備

6.蝕刻製程設備

7.微影前製程與微影設備

8.植入製程設備

9.溼式清洗設備

10.化學研磨平坦化設備

11.潔淨室與SMIF設備

12.C製程後段設備

13.廠務

晶圓也算是半導體
半導體設備大部份是整合精密電子、機械、電機、化學、化工、物理、材料、自控、光電、系統工程等知識於一身的產物，其將隨著IC產品及製程的發展需求而不斷精進

從上面其實可以看到有非常多的步驟
重點是要提高每一個步驟的良率
這是在每個電子廠和半導體廠的目標
良率高才有用！！！