种元素，如镓砷(ＧａAs)半导体是由第三族的镓与第五族的砷所组成。在1950年代早期,锗为主要半导体材料,但锗制品在不甚高温情况下,有高漏失电流现象。因此,1９６０年代起硅晶制品取代锗成为半导体制造主要材料。半导体产业结构可区分为材料加工制造、晶圆之集成电路制造(wafer fabrication)（中游)及晶圆切割、构装(wafｅｒ pａcｋage）等三大类完整制造流程,如图1.2所示。其中材料加工制造,是指从硅晶石原料提炼硅多晶体(pｏlycrｙsｔalｌiｎe silｉcon）直到晶圆(wafeｒ)产出，此为半导体之上游工业。此类硅芯片再经过研磨加工及多次磊晶炉(Eｐiｔａxial ｒeａctor)则可制成研磨晶圆成长成为磊晶晶圆,其用途更为特殊,且附加价值极高。其次晶圆之体积电路制造，则由上述各种规格晶圆，经由电路设计、光罩设计、蚀刻、扩散等制程，生产各种用途之晶圆，此为中游工业。而晶圆切割、构装业系将制造完成的晶圆，切割成片状的晶粒（ｄice),再经焊接、电镀、包装及测试后即为半导体成品。
图1.2 半导体产业结构上、中、下游完整制造流程
制程单元
集成电路的制造过程主要以晶圆为基本材料，经过表面氧化膜的形成和感光剂的涂布后，结合光罩进行曝光、显像,使晶圆上形成各类型的电路,再经蚀刻、光阻液的去除及不纯物的添加后，进行金属蒸发,使各元件的线路及电极得以形成，最后进行晶圆探针检测;然后切割成芯片,再经粘着、连线及包装等组配工程而成电子产品。各主要制程单元概述如下： 氧化与模附着
原料晶圆在投入制程前,本身表面涂有2μｍ厚的AI2O3,与甘油混合溶液保护之,晶圆的表面及角落的污损区域则藉化学蚀刻去除。
为制成不同的元件及集成电路，在芯片长上不同的薄层，这些薄层可分为四类：热氧化物，介质层,硅晶聚合物及金属层。热氧化物中重要的薄层有闸极氧化层(gate oxｉｄｅ;与场氧化层(fielｄ oxide)，此二层均由热氧化程序制造。以下二化学反应式描述硅在氧或水蒸气中的热氧化:
Sｉ(固体) + O2(气体) →ＳiO2(固体)
Sｉ(固体) + ２Ｈ2Ｏ(气体) →SiＯ２(固体) + ２H2(气体)
现代集成电路程序中,以氯介入氧化剂来改善氧化层的质量及Sｉ-SｉO2，接合面的性质。氯包含在氯气、氯化氢HCｌ或二氯乙烷中，其将Si-ＳiO2,接合面的杂质反应成挥发性氯化物,多余的氯会增加介质的崩溃强度，减低接合面缺陷密度。介电质附着层主要用来隔离及保护不同种类元件及集成电路。三种常用的附着方法是：大气压下化学蒸气附着(CＶＤ),低压化学蒸气附着(LPCVD)及电浆化学蒸气附着（PＣVD，或电浆附着)。化学蒸气附着生成约二氧化硅并不取代热生长的氧化层,因为后者具有较佳的电子性质。二氧化硅层可使用不同的附着方法,其中低温附着(3０0~500℃)之氧化层由硅烷、杂质及氧气形成。植入磷之二氧化硅的化学反应为
SiＨ4＋O2→ＳiO2＋2H2
4ＰH3+5Ｏ2→２P2Ｏ５+6H２
于中等温度(５00~800℃)的附着,二氧化硅由四乙经基硅，Ｓi(OC2H5)4,在LＰCVＤ反应器中分解形成。其分解反应为:
Ｓi(OＣ2H５)4→SｉO2+副产物
高温附着（９00℃),二氧化硅由二氯硅烷（SiCl２Ｈ２)与笑气(N２O）在低压下形成:
SiCl2Ｈ2+2Ｎ２O→SiＯ+2Ｎ2+2HCI
氮化硅层可用作保护元件,方可作为硅氧化作用时的遮蔽层,覆盖不欲氧化的硅晶部分,氮化硅的附着是在中等温度（７50℃)LPCVD程序或低温（30０℃）电浆CVD程序中形成。LPCＶD程序中,二氯硅烷与氨在减压下，70０~800℃间，反应生成氮化硅附着，反应式为：
SiCl2H2＋4NH３ →Sｉ３Ｎ４＋6HCl+６Ｈ2
电浆ＰCＶD程序中,氮化硅由硅烷与氨在氢电桨中反应或是硅烷在放电氮气中生成,反应式如下：
SiＨ4+NH3→ＳiＮH+3Ｈ２
2SiH4+H2→２SiNH十３H２
硅晶聚合物，或称聚合硅,在Metal Ｏxidｅ Ｓemiconducｔor(MOS）元件中用作闸极接线材料;多层金属处理中当作导电材料;低能阶接面元件中为接触材料。方可作为扩散来源,生成低能阶接面及硅晶体的欧姆接触。其他用途包括电容及高电阻的制作。低压反应器在60０~６50℃间操作,将硅烷热解生成硅聚合体,反应式如下：
SiH4→Si＋2H２
金属层如铝及硅化物用来形成低电阻连接N、P及硅聚合物层的金属接触,及整流作用的金属一半导体能障。金属处理包含内部联线、欧姆接触及整流金属二半导体接触等金属层的形成。金属层可用不同方法镀上,最重要的方法为物理蒸气附着及化学蒸气附着，铝与其合金以及硅化金属为两种最重要的金属。在金属处理中，化学蒸气附着(CVD)提供相当优良的同型阶梯涵盖层,且一次可制成大量晶圆。最新的集成电路cVD金属附着是应用于难熔金属的附着。以钨为例其热解及还原的化学反应式：
WF6→Ｗ+3Ｆ2 WF6+3H2→W+6ＨF
其他金属如钼(MO)，钽(Ta),及钛(Ti)都可应用于集成电路。这些金属的附着皆是在LPCVD反应器中进行下列氢还原反应:
+
＋
2MＣl５+５H2→２M+10HCｌ
半导体制程及原理
