语音芯片制造/语音芯片造制注意事项

由于半导体工业所制作的积体电路元件尺寸愈来愈小，在一块小小的晶片上，整合了许许多多的元件，因此在制作的过程中就必须防止外界杂质污染源，因为这些污染源可以造成元件性能的劣化及电路产品良品率和可靠度的降低。一般污染源包括了尘埃、金属离子、有机物等。所以制作积体电路必须在洁净的环境下进行，尽量将污染源和晶圆隔离，一般提供洁净空气、控制尘粒数的空间我们即称之为洁净室。

洁净室的分类
我们可以由这一张图表来了解洁净室的分类，以直径0.5微米的尘粒作为比较标准，在1立方英吋的空间中，大于0.5微米的尘粒少于一个，就称为 Class 1，而大于0.5微米的尘粒少于十个，就称为 Class 10，大于0.5微米的尘粒少于1000个，就称为Class 1000。目前许多半导体积体电路产品都是在Class 1的洁净室中制造。

工作人员服装
操作人员穿着洁净室的服装，除了眼睛之外，从头到脚，都以洁净服包裹起来了，避免身体皮肤与衣物的落尘。在着好洁净服后，必须进入空气净化区，将刚才着装时可能产生的尘粒去除掉，才能进入到洁净室工作区。


清洗简介

由于积体电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致积体电路的失效；我们除了要排除外界的污染源外，许多的积体电路制造步骤如高温扩散、离子植入前均需要进行湿式清洗工作。湿式清洗工作乃是在不破坏晶圆表面特性的前提下，有效地使用化学溶液清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质 。　

半导体制程中所用到的标准清洗步骤，其程序如下：
Step 化学溶剂 清洗温度 清除之污染物
1 H2SO4+H2O2(4:1) 120°C 有机污染物
2 D.I. H2O 室温 洗清
3 NH4OH+H2O2+H2O
(1:1:5) (SC1) 70 - 80°C P微尘
4 D.I. H2O 室温 洗清
5 HCl+H2O2+H2O
(1:1:6) (SC2) 70 - 80°C 金属离子
6 D.I. H2O 室温 洗清
7 HF+H2O (1:50) 室温 原生氧化层
8 D.I. H2O 室温 洗清

RCA清洗法
RCA清洗法为美商RCA公司所发展之硅晶圆清洗技术，于1965年应用于RCA元件制作上，並于1970年发表其清洗过程。RCA清洗方法为二段步骤：湿式氧化及错合反应。RCA清洗法可以有效去除晶圆上尘粒、有机物及金属离子污染，一般亦称之为标准清洗。

SC-1 清洗溶液
Standard clean 1 或简称SC-1为标准清洗的第一段制程，由5份去离子水+1份30％双氧水 ＋1份29％氨水組成之碱性过氧化物混合液，加温至摄氏70 - 80度清洗，过后再以去离子 水沖洗（rinse）。SC-1溶液作用为去除晶圆表面之尘粒吸附，並可氧化及去除轻微的有机物污染及部份金属原子污染。

SC-2 清洗溶液
Standard clean 2 或简称SC-2为标准清洗第二步骤，由6份去离子水+1份30％双氧水 ＋1份37％盐酸組成之酸性过氧化物混合液，加温至摄氏70 - 80度清洗，过后再以去离 子水沖洗（rinse）。SC-2溶液可溶解碱金属离子和铝、铁及镁之氢氧化物，此乃藉由盐酸中氯离子与残留金属离子形成错合物而溶 解于水溶液中。

尘粒的去除
ＳＣ-1溶液清洗具有两种去除尘粒污染的机制。第一、溶液 的双氧水可将硅晶圆氧化並生成二氧化硅氧化层，由于溶液中含有氨水，为碱性溶液，可将生成之氧化层水解溶除，而使吸附氧化层上的尘粒脱除。第二、在碱性水溶液中，微尘与晶圆表面同时带负电荷，藉由「电双层(double layer)排斥力」清除微尘。提升清洗溶液温度，可增加吸附微尘的动能而脱离晶圆表面。 配合百万兆波超音波震荡（megasonic cleaning），可破坏微尘与晶圆表面间之附着力，防止尘粒的再吸收，以利清洗。

有机物去除
在进行RCA清洗之前，若是晶圆表面沾附有机物污染， 会造成疏水性（hydrophobic）表面，使接续之水溶液清洗步骤 效率大減，有机物污染可藉由硫酸加双氧水混合液加温至摄氏120 - 130度去除。硫酸可以造成有机物使脱水而碳化，而双氧水可将碳化产物氧化成一氧化碳或二氧化碳气体。

原生氧化层（native oxide）的去除
硅原子非常容易在含氧气及水的环境下氧化形成氧化层，称为原生氧化层。因此硅晶圆经过SC-1和SC-2溶液清洗后，由于双氧水的强氧化力，在晶圆表面上会生成一层化学氧化层。为了确保闸极氧化层的品质，这表面氧化层必须在晶圆清洗过后加以去除。稀释氢氟酸水溶液被用以去除原生氧化层，去除氧化同时，含在硅晶体圆表面形成硅氢键，而呈现疏水性（hydrophobic）表面。

清洗槽
清洗晶圆时，选定装有特定溶液的清洗槽（如SC-1、SC-2等），将晶圆放入其中予以处理。

清洗设备
一般而言，晶圆的清洗步骤必须在经过特殊设计的清洗槽中处理，而依不同清洗目的，清洗槽又可分为酸碱处理槽、有机处理槽及洗涤槽。


二氧化硅之制程与应用

二氧化硅绝缘层在硅积体电路中有多种用途。依功能可区分为电性隔离、 离子植入或热扩散遮屏及表面保护层。氧化层薄膜成长的方式有热成长及低压化学气相沉积两种主要方法。

二氧化硅(SiO2)的制作方法有:
热氧化法（Thermal Oxidation）
沉积法（Deposition）
阳极氧化法（Anodization）
电浆氧化法（Plasma oxidation）
其中较常用的热氧化法又可分为:

干氧化法（Dry oxidation）
湿氧化法（Wet oxidation）
水气氧化法（Stream oxidation）
掺氯氧化法（Oxidation with Cl）
而湿氧化法又有 : 普通湿氧化法及氢氧合成湿氧化法。

热氧化法
热氧化处理需要在高温炉管区中进行，炉内温度控制在800 - 1000℃。硅晶圆在炉内高温环境下，晶圆表面会与通入炉管内之氧气作用而形成二氧化硅膜(SiO2)。

闸极氧化层(Gate Oxidation)
在金属半电晶体中，闸极下方的二氧化硅薄膜必须是高品质的绝缘材料，其基本功能类似电容器中的介电质，经由施加于闸极上的电压，可以在氧化硅层下的晶圆表面区域诱发出极性相反的载子，而形成一条导电通道。

区域性硅氧化法(LOCOS)
在积体电路中，各元件活动区（active area）间要彼此电性隔离。这种隔离可以用热氧化硅来制作，例如区域性氧化法（LOCOS）就是在MOS元件的局部区域成长氧化层。

缓冲介质层
进行离子布植时，我们除了使用光阻来限定离子植入的区域外，也可以使用二氧化硅膜来作离子植入的遮蔽层，有时亦称为缓冲介质层。

二氧化硅为杂质扩散遮罩作用
由于二氧化硅对一些扩散杂质源有较强的阻挡特性，因此在半导体制程中常利用此一特性，在二氧化硅层上先刻劃出选择扩散区的窗口，使得杂质只能由窗口区向硅基板内扩散，其它区域被二氧化硅所遮蔽。

氧化制程设备介绍
有许多的制程都是在高温炉管区完成的，例如氧化，低压化学气相沉积(LPCVD)、退火....等。 操作过程首先要将炉管区的载具拉出来，之后我们将晶圆放入载具，再将载具推入炉管中，进行氧化制程。

化学气相沉积原理

所谓化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)是指利用热能、电浆放电或紫外光照射等形式的能源，使气态物质在固体表面上发生化学反应，並在该表面上沉积，形成稳定固态膜的过程。化学气相沉积(CVD)技术是半导体积体电路制程中运用极广泛的薄膜成长方法，諸如介电质、半导体、导体等薄膜材料，几乎都能用CVD技术完成。

化学气相沉积分类
化学气相沉积(CVD)依照工作压力及能源形式 区分为:
1.常压化学气相沉积法(APCVD)
2.低压化学气相沉积法(LPCVD)
3.电浆增强式化学气相沉积法(PECVD)
4.光反应式化学气相沉积法(PHCVD)
常压化学气相沉积法（APCVD）

所谓常压化学气相沉积法（APCVD，Atmospheric pressure CVD），顾名思义，就是在气压接近常压下进行CVD反应的一种沉积方式，此法的沉积速度极快，約为600-1000纳米/分。APCVD的操作压力接近一大气压，气压分子间的碰撞频率很高，同质成核的 "气相反应" 容易发生，易产生微粒。在工业界的应用上，APCVD的使用大都集中在对微粒的忍受能力较大的制程上，如保护层（passivation）。

常压化学气相沉积设备
在VLSI的制程中，常用所谓的连续式系统来完成APCVD的工作，这种连续的APCVD，主要是由一条晶圆输送带及传送反应气体的 "喷气器" 所組成。输送带上的晶圆经马达的传送，缓缓地送入APCVD的反应室内，输送带下方的加热器被用来加热晶圆，化学气相沉积所需的气体，经由喷气器的喷嘴送往正下方的晶圆，ＣＶＤ的沉积层便覆盖在晶圆表面，而达到化学气相沉积的目的。

低压化学气相沉积法(LPCVD)
低压化学气相沉积法(low pressure CVD) 就是在进行薄膜沉积时，反应器内的气体压力调降到大約100torr以下的一种化学气相沉积反应。因为在低压下进行反应，LPCVD法沉积的薄膜有较佳的步階覆盖能力，但是气体分子间的碰撞频率较低，使得LPCVD的薄膜沉积速度较APCVD慢。

低压化学气相沉积设备
环绕炉管外围的是一組用来对炉管进行加热的装置，气体从炉管前端送入炉管内，晶圆则置于石英晶舟（boat）上，放入炉管的适当位置，进行沉积。沉积反应所剩下来的废气，则经由真空系统排出。一般而言，每次进行沉积的晶圆数量，可以多达120片以上。LPCVD炉管可分为水平式与直立式两种。直立式炉管的温度控制与气体的输入设计比较复杂，但是使用楼板面小，因此在应用上，已有取代水平式炉管的趋势。

电浆增强式化学气相沉积(PECVD)
在CVD的反应中，气体分子的分解须要足够的激发能量。在电浆增强化学气相沉积法（plasma-enhanced CVD）中，反应气体在电磁场中获得能量，各种化学反应在电浆体中迅速地进行，从而在短时间内完成化学气相沉积。
PECVD中的电浆体属于非平衡态。在此类的电浆体中，自由电子的绝对温度通常比平均气体温度高1到2个級次，这些高能电子撞击反应物气体分子，使之激发並电离，产生化学性质很活泼的自由基团。另外离子撞击底材表面，产生更为活泼的表面结构，从而加快了化学反应。为了降低反应所需的温度，以达到调降制程热能消耗的目的，PECVD在CVD制程裡所占的份量，已逐渐成为主要的薄膜沉积工具之一，特別是用于IC晶圆后段制程中的金属与介电质膜的沉积。

光照射式化学气相沉积法(Photo CVD)
光照射式化学气相沉积法(photo CVD) 利用紫外线或激光照射反应物，激发态的反应物和基板的物质发生化学反应，沉积出特定薄膜。此种沉积法尚属实验階段。

光照射式化学气相沉积设备
光照射式化学气相沉积法的机台外观如图，氧体由上端的管路通入反应腔中，在反应腔中有紫外光灯管照射，促进反应作用。


微影简介

微影的目的是将积体电路结构图形制作在光罩（mask）上，然后将光罩上的图形转印在涂布有机光阻（photo resist）薄膜的晶圆上，经过穿过光罩光线的照射及显影处理，光阻层便可呈现出与光罩上相同图形结构，並可将图形尺寸适当地缩小，以便在晶圆上制造出许多相同电路结构的积体电路产品。我们常以一个制程所需要经过的微影次数，或是所需要的光罩Mask数量，来表示这个制程的难易程度。另外我们也常以一个工厂的微影制程所能处理最小线宽的能力，来評断工厂的技术层次。如我们常说的0.25、0.18或0.13微米等制程，指的就是微影技术所能达到的最小线宽的制程。

微影制程要素
1.光源
2.光罩
3.光阻
4.光阻涂布显影系统

光源介绍
光源部份主要有几种选择：
紫外光(UV light)
深紫外光(Deep ultraviolet light，DUV)
X光射线(X-ray)
Extreme ultra-violet (EUV) light
电子朿(Electron beam)
离子朿(Ion beam)

目前各大半导体厂常用的光源为i-line及深紫外光两种。i-line指的是利用汞灯所产生的365纳米的紫外光；而深紫外光则有248纳米及193纳米两种深紫外光源。我们由光学的基本原理可以知道，如果微影技术所使用的光源波长愈短，则可以达到的线宽就愈小，因此在微影技术中，光源的因素非常重要。

光罩介绍
光罩即是将我们所要之设计电路图形，利用电子束曝光系统将铬膜上图形制作在玻璃或石英上，再利用此光罩上金属铬膜挡住光线，而沒有金属铬膜的地方，光线就会穿透玻璃到达已涂布有机光阻的晶圆上，经由光罩上透光与不透光的差別，可在光阻涂层上定义出曝光及不曝光的区域，经由适当的显影步骤，去除感光的光阻（或去除未感光的光阻），即可用未感光的光阻（或感光的光阻），定义出光罩电路图形。而目前晶圆上的光阻图样一般为光罩图形的四分之一倍。

光阻介绍
光阻的作用是要将积体电路结构图形印制在晶圆表面上，其功能有些类似底片上的感光剂。光阻主要可分为正光阻及负光阻二种。正光阻就是被光照射的部份可以被显影液去除掉，而未曝光的光阻则不会被显影液去除(左边)。而负光阻则相反，被光照射的部份不会被显影液去除，而其余不被光所照射的区域将会被显影液所去除(右边)。

曝光方式
微影技术中的晶圆曝光方式主要可以分为三大类:
1.接触式（contact print）曝光
2.近接式（proximity print）曝光
3.投影式（projection print）曝光

接触式曝光
此种方法所曝出来的图形最接近光罩上的图案，晶圆上的图形与光罩上的图形尺寸比例为1:1，解析度非常好，但是因为曝光时，光罩与晶圆表面相接触，光罩表面将随着曝光次数的增加而逐渐沾上微粒或损伤，影响后续转移图案的品质，因此已不再为大型积体电路工厂所使用。

近接式曝光
基本上与接触式曝光法原理相同，晶圆上的图形和光罩上的图形比为1:1，只是此时光罩並不和晶圆直接接触，免除了接触式曝光法的缺点，但是这样的作法会造成较差图像的解析度，致使图案转移的解析度较前者为差，所以也不适合现在高密度的半导体制程的需要。

投影式曝光法
与前面两者最基本的差別，在于光罩並沒有与晶圆接触或接近，而是以类似投影机将影片上的文字或图形，以一定尺寸比例，投射到布幕上的方式来进行光罩图案的移转。这个方法普遍地应用于现代半导体工业。投影式曝光法的优点在于晶圆上和光罩上的图形，可经由适当设计的光学系统，作解析度补偿及倍率调整，故光罩上的图形尺寸可以放大，制作较为容易，而且晶圆上图形解析度较高，图形尺寸可以大幅缩小。

光阻涂布机
将晶圆放置于涂布机中，光阻输送器将光阻液添加于晶圆上，並旋转晶圆，以均匀涂布一层光阻。

接触式曝光机
接触式曝光机（一般称为接触式对准机），主要由四个部份組成：
曝光光源
光罩放置
晶圆放置处
晶圆校准转轴

电子束曝光机
电子束曝光机用以制作光罩，将涂布光阻之镀有铬金属的玻璃式石英板置入机台内，利用电子束扫瞄光阻层，改变特定部位的光阻化学性质，以定义出所需光罩上的电路图形。

步进式曝光机
步进式曝光机的晶圆由步进式曝光机侧边晶圆传输区自动送入曝光。步进机的原理是将所要的积体电路结构图形，先以1:5（或1:4）的放大比例制做在光罩上，再把光罩上的图形，缩小投影至晶圆上，而在光阻上形成所需的图形。因为一片晶圆可做相当多組的积体电路，故一次曝光一场区，步階移动晶圆，再曝光另一位置，直到曝满整个晶圆。

显影系统
显影系统将经过曝光后之晶圆放置于晶圆载台中央，喷入显影液，进而旋干，即完成显影的动作。
蚀刻简介

蚀刻制程乃是将经过微影制程在表面定义出IC电路图案的晶圆，以化学腐蚀反应的方式，或物理撞击的方式，或上述两种方式的合成效果，去除部份材质，留下IC电路结构。蚀刻技术主要分成两大类：湿式蚀刻法与干式蚀刻法。

蚀刻形状的分类
一般蚀刻结构的形状可分为均向性（isotropic）与异向性（anisotropic）两种，其蚀刻形成的形状如图所示。均向性蚀刻表示橫向和纵向之蚀刻率相同，异向性蚀刻的橫向性蚀刻率则为0。一般的蚀刻形状介于此两种蚀刻类型之间。

湿式蚀刻(Wet etching)
湿式蚀刻法利用化学溶液腐蚀晶圆上拟去除的材料，並在完成蚀刻反应后，由溶液带走腐蚀物。这种完全利用化学反应的方法来进行蚀刻的技术有其先天上的缺点，也就是其蚀刻结构的形状是各方向均匀的，这样会造成严重的侧向腐蚀现象，显着地限制了元件尺寸向微细化的发展。

干式蚀刻(Dry etching)
干式蚀刻法是利用气体分子或其产生的离子及自由基，对晶圆上的材质进行物理式撞击溅蚀及化学反应，来移除蚀刻部份。被蚀刻的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离。以活性离子蚀刻为例，就是利用电浆放电方式进行异向性蚀刻的方法。在电浆的环境中，含有大量的活性自由基（reactive radical，为中性的原子或分子物）及带电荷离子，可以和被蚀刻物进行化学腐蚀反应，而正离子在蚀刻物表面产生垂直撞击的效果，可以加速蚀刻物垂直方向蚀刻率，而得到异向蚀刻的结果。

干式蚀刻和湿式蚀刻的比较
干式蚀刻法可以获得良好的尺寸控制，在积体电路制程中，元件结构因此可被有效地微细化。而湿式蚀刻法会造成严重的侧向腐蚀现象，严重限制了元件尺寸向微细化的发展。