半导体的生产工艺流程

半导体的生产工艺流程，做工艺

一、洁净室

一般的机械加工是不需要洁净室

(clean room)

的，因为加工分辨率在数十微米以上，

远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都

是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其

上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。

为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁

净室的来由。洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以

class 

10

为例，意谓在单位

立方英呎的洁净室空间内，平均只有粒径

0.5

微米以上的粉尘

10

粒。所以

class

后

头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵

(

参见图

2-1)

。

为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下：

1

、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机，

将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。

2

、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。换言

之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。

3

、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配，

使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。

4

、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。

5

、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴

(air 

shower) 

的程序，将表面粉尘先行

去除。

6

、

人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，

为此务必严格要求进出使用人员穿戴无

尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触

(

在次微米制程技术的工厂内，工作

人员几乎穿戴得像航天员一样。

) 

当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。

7

、除了空气外，水的使用也只能限用去离子水

(DI water, de-ionized water)

。一则

防止水中粉粒污染晶圆，

二则防止水中重金属离子，

如钾、

钠离子污染金氧半

(MOS) 

晶体管结构之带电载子信道

(carrier channel)

，

影响半导体组件的工作特性。

去离子

水以电阻率

(resistivity) 

来定义好坏，一般要求至

17.5MΩ

-cm

以上才算合格；为此

需动用多重离子交换树脂、

RO

逆渗透、与

UV

紫外线杀菌等重重关卡，才能放行使

用。由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂，其在半导体工业之使用量极为惊人！

8

、洁净室所有用得到的气源，包括吹干晶圆及机台空压所需要的，都得使用氮气

(98%)

，吹干晶圆的氮气甚至要求

99.8%

以上的高纯氮！

以上八点说明是最基本的

要求，另还有污水处理、废气排放的环保问题，再再需要大笔大笔的建造与维护费

用

! 

二、晶圆制作

硅晶圆

(silicon 

wafer) 

是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体，显然是经

过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程，大多是采「柴可拉斯基」

(Czycrasky) 

拉

晶法

(CZ

法

)

。拉晶时，将特定晶向

(orientation) 

的晶种

(seed)

，浸入过饱和的纯

硅熔汤

(Melt) 

中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，乖乖地一层层成长上

去，

而得出所谓的晶棒

(ingot)

。

晶棒的阻值如果太低，

代表其中导电杂质

(impurity 

dopant) 

太多，还需经过

FZ

法

(floating-zone) 

的再结晶

(re-crystallization)

，将杂

质逐出，提高纯度与阻值。

辅拉出的晶棒，

外缘像椰子树干般，

外径不甚一致，

需予以机械加工修边，

然后以

X

光绕射法，

定出主切面

(primary flat) 

的所在，

磨出该平面；

再以内刃环锯，

削下一