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❒ 單晶薄膜成長
➤分子束磊晶(MBE：Molecular Beam Epitaxy)：使用加熱的方式讓固體材料熔化成液體，液體產生蒸氣使原子蒸發向上移動，最後在矽晶圓(基板)表面冷卻凝固形成單晶薄膜，需要「超高真空」成本較高。
➤有機金屬化學氣相沉積 (MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition)：使用有機金屬氣體或液體，混合後噴在矽晶圓(基板)表面加熱到高溫，最後冷卻凝固形成單晶薄膜，需要「高真空」成本較低。

❒ 多晶薄膜成長
➤加熱蒸鍍(Thermal evaporation)：使用鎢舟或坩堝直接加熱，讓固體材料熔化成液體，液體產生蒸氣使原子蒸發向上移動，最後在矽晶圓(基板)表面冷卻凝固形成多晶薄膜。
➤電子束蒸鍍(Electron beam evaporation)：使用電子束直接加熱，讓固體材料熔化成液體，液體產生蒸氣使原子蒸發向上移動，最後在矽晶圓(基板)表面冷卻凝固形成多晶薄膜。
➤濺鍍(Sputter)：使用惰性氣體(例如：氬氣)施加高電場形成氬電漿(帶正電)，再將固體材料(例如 ：鎢)製作的「靶材(Target)」放在負極(帶負電)，氬離子(帶正電)受到靶材(帶負電)的吸引而撞擊靶材，將原子撞出向上移動，最後在矽晶圓(基板)表面形成多晶薄膜。

➤電漿化學氣相沉積(PECVD：Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition)：將反應氣體通入反應器內施加高能量的電磁波，使反應氣體的化學鍵結斷裂形成電漿(氣體離子)，氣體離子最後在矽晶圓(基板)表面形成多晶薄膜。

❒ 非晶薄膜成長
➤高溫氧化(Oxidation)：將矽晶圓(基板)放入高溫爐內，將高溫爐的溫度升高到1050°C，再將氧氣(O₂)或水蒸氣(H₂O)通入反應器內，氧氣或水蒸氣受高溫在矽晶圓(基板)表面分解產生氧原子，氧原子在矽晶圓表面與矽原子反應形成氧化矽非晶薄膜。

➤旋轉塗佈(Spin Coating)：將矽晶圓(基板)放入旋轉塗佈機內，將壓克力塑膠溶解在有機溶劑(例如：丙酮)內，再噴灑在矽晶圓表面，使矽晶圓高速旋轉，讓壓克力塑膠液體在矽晶圓表面噴散開，使液體均勻分布，並且使液體內的溶劑丙酮揮發，形成塑膠非晶薄膜。

❒ NMOS的製作範例
以下將舉一個實例直接說明，如何利用黃光微影、摻雜技術、蝕刻技術、薄膜成長等四大步驟，將一個NMOS製作在矽晶圓上。NMOS的結構如＜圖一＞所示，主要包含三個重要的結構，因此需要「三道光罩」才能製作完成：
➤第一道光罩：在P型矽基板的左右各製作一個N型的區域(類似水溝的構造)，必須使用「摻雜技術」。
➤第二道光罩：在P型矽基板的正中央上方製作一層氧化矽形成閘極，必須使用「蝕刻技術」。
➤第三道光罩：在P型矽基板的正中央氧化矽上方與左右N型區域(水溝)上方蒸鍍一層金屬銅電極，必須使用「薄膜成長」。知識力www.ansforce.com。

圖一　NMOS的構造。

再次提醒大家，製作積體電路並不是「一個一個」將CMOS製作在矽晶圓上，而是「一次」就將數百萬個CMOS直接刻在光罩上，再利用黃光微影技術「一次」就將數百萬個CMOS的圖形經由曝光機(步進機)轉移到矽晶圓的晶粒上，這樣需要的時間比較短，因此我們使用光罩來將圖形大量快速地轉移到矽晶圓上。

❒ 薄膜成長的實例
請使用「薄膜成長技術」，在P型矽基板的正中央氧化矽上方，與左右N型的區域上方，同時蒸鍍一層金屬銅電極。(注意：這裡只是說明薄膜成長的方法，與目前實際的製程並不相同)。
[解]
使用「濺鍍(Sputter)」來成長金屬銅薄膜，再將不需要的部分以「乾式蝕刻」反應去除掉，如＜圖二＞所示，其步驟如下：
➤金屬濺鍍：使用濺鍍法在上方成長銅薄膜，如＜圖二(a)＞所示。
➤光阻塗佈：使用光阻塗佈機在表面塗佈光阻層，如＜圖二(b)＞所示。
➤光罩曝光：接著使用「第三道光罩」進行圖形轉移，注意第三道光罩的圖形是讓紫外光穿過某些區域，如＜圖二(c)＞所示。被紫外光照射過的區域光阻化學鍵結被破壞，使光阻很容易被化學藥品溶解掉。
➤化學顯影：使用顯影液溶解化學鍵結被破壞區域的光阻，如＜圖二(d)＞所示。
➤蝕刻技術：使用乾式蝕刻機，通入「氯化氫(氣體)」並且以微波產生帶負電的氯離子(電漿)，另外在矽晶圓上外加正電壓，吸引帶負電的氯離子加速射向矽晶圓，如＜圖二(e)＞所示。沒有光阻保護的區域，銅薄膜與氯離子反應去除掉；有光阻保護的區域，銅薄膜受到光阻的保護而保留下來。
➤光阻去除：使用去光阻液將殘留的光阻溶解掉，留下中央氧化矽上方與左右N型區域上方的銅薄膜，形成金屬銅電極，如＜圖二(f)＞所示。

圖二　使用薄膜成長技術蒸鍍金屬銅電極。

❒ 多晶矽閘極(Poly silicon gate)

目前晶圓廠所生產的CMOS中，閘極上方的電極已經不使用銅薄膜來製作，而是使用「多晶矽(Poly silicon)」來取代，一般簡稱為「Poly」，主要的原因是銅的熔點只有1083°C，而多晶矽的熔點大約1400°C，因此可以耐更高的溫度，在製程上比較不容易因為後續的加熱程序而造成CMOS閘極損壞，不過多晶矽的導電性較差，必須另外再做「摻雜(Doping)」來增加導電性。
大家可以自行比較圖中的第一道、第二道、第三道光罩，其實都是不同的圖形，但是這三道光罩每次曝光時都必須對得很準才行，因為中央的閘極線寬只有0.1μm，只要在進行曝光時稍微振動一下，則第二道光罩所產生的氧化矽與第三道光罩所產生的銅電極就無法準確地成長在同一個位置，這也就是為什麼高鐵要經過台南科學園區，晶圓廠都很擔心的緣故，因為遠在數百公尺以外的火車經過時所產生的微小振動，都足以使晶圓廠的製程良率下降。

【請注意】上述內容經過適當簡化以適合大眾閱讀，與產業現狀可能會有差異，若您是這個領域的專家想要提供意見，請自行聯絡作者；若有產業與技術問題請參與社群討論。
 

【延伸閱讀】其他詳細內容請參考「積體電路與微機電產業，全華圖書公司」。＜我要買書＞