【科普】芯片制造工艺流程

集成电路的平面工艺，主要包括氧化、光刻、刻蚀、扩散、离子注入和金属镀膜等。

一、氧化

一般来说SiO2是作为大部分器件结构中的绝缘体 或 在器件制作过程中作为扩散或离子注入的阻挡层。

氧化的方法有两种：

（1）湿氧氧化：氧化剂是氧气和水蒸气的混合物、氧化速度快：适合生长厚的氧化层（2）干氧氧化：可获得良好的Si-SiO2界面。适合生长器件的氧化物薄层。

二、光刻和刻蚀

光刻技术可用于界定PN结的几何形状。

图1 (a)n型硅晶圆原材料；(b）干氧或湿氧氧化工艺处理后的晶圆；(c）涂敷光刻胶；(d）光刻胶通过掩模板曝光

step 2.1形成SiO2层以后，使用高速旋转机在晶圆表面旋涂一层对紫外线敏感的光敏材料薄层（光刻胶）。之后将晶圆放在温度为80~100℃的环境下烘焙，目的是去除光刻胶中的溶剂，提高光刻胶的黏附力。

step 2.2使用紫外线光源，通过具有某种图案的掩模板对涂有光刻胶的晶圆进行曝光，如图1(d）所示。根据光刻胶的类型，在晶圆表面光刻胶涂层的曝光区域将发生相应的化学反应，暴露在光线下的光刻胶涂层将发生聚合反应而难以被刻蚀。聚合物区域在晶圆放进显影剂后依然存在，而未被曝光的区域（在不透光的掩模板区域下）会溶解并被清洗掉。

step 2.3图2.(a）显示了显影后的晶圆。将晶圆再次放在120~180℃的环境下烘焙20 min，以增强对衬底的黏附力，提高在即将进行的刻蚀工艺处理中的抗腐蚀能力。然后使用氢氟酸（HF）作为酸刻蚀液，除去没有被光刻胶保护的SiO2表面，如图2.(b）所示。

step 2.4最后使用化学溶剂或等离子体氧化系统剥去光刻胶，如图2.(c）所示。此时，晶圆已完成了准备工作，可以进行后续的扩散或离子注入以形成pn结。

图2 (a）显影后的晶圆；(b)SiO2去除后的晶圆；(c）光刻工艺处理后的晶圆；(d）扩散或离子注入形成pn结；

三、扩散和离子注入

在扩散工艺中，没有被SiO2保护的半导体表面暴露在相反类型的高浓度杂质中，杂质以固态扩散的方式进入半导体晶格中。在离子注入工艺中，掺杂离子被加速以获得较高的能量，然后注入半导体内部。此时，SiO2层作为杂质扩散或离子注入的阻挡层。随后pn结形成，如图2(d）所示。由于掺入杂质的横向扩散，重掺杂区域要比光刻所开的窗口面积略微大些。

四、金属化

扩散或离子注入步骤以后，欧姆接触和互连线在随后的金属化工艺步骤中完成，如图3(e）所示。金属薄膜可以通过物理或化学气相淀积的方法形成。光刻的工艺再次被使用，以形成正面的金属连接，如图3(f）所示。在晶圆背面也要进行相似的金属化工艺处理，只是不进行光刻处理。一般来说，低温（≤500℃）退火工艺处理可用于增进金属层和半导体之间的低电阻接触。

图3 (e）金属化工艺处理后的晶圆；(f）完整工艺处理后的晶圆

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