集成電路芯片制造工藝全流程

集成電路的平面工藝，主要包括氧化、光刻、刻蝕、擴散、離子注入和金屬鍍膜等。

一、氧化

一般來說SiO2是作為大部分器件結構中的絕緣體 或 在器件制作過程中作為擴散或離子注入的阻擋層。

氧化的方法有兩種：

（1）濕氧氧化：氧化劑是氧氣和水蒸氣的混合物、氧化速度快：適合生長厚的氧化層（2）干氧氧化：可獲得良好的Si-SiO2?界面。適合生長器件的氧化物薄層。

二、光刻和刻蝕

光刻技術可用于界定PN結的幾何形狀。

圖1? (a)n型硅晶圓原材料；(b）干氧或濕氧氧化工藝處理后的晶圓；(c）涂敷光刻膠；(d）光刻膠通過掩模板曝光

step 2.1?形成SiO2層以后，使用高速旋轉機在晶圓表面旋涂一層對紫外線敏感的光敏材料薄層（光刻膠）。之后將晶圓放在溫度為80~100℃的環境下烘焙，目的是去除光刻膠中的溶劑，提高光刻膠的黏附力。

step 2.2?使用紫外線光源，通過具有某種圖案的掩模板對涂有光刻膠的晶圓進行曝光，如圖1(d）所示。根據光刻膠的類型，在晶圓表面光刻膠涂層的曝光區域將發生相應的化學反應，暴露在光線下的光刻膠涂層將發生聚合反應而難以被刻蝕。聚合物區域在晶圓放進顯影劑后依然存在，而未被曝光的區域（在不透光的掩模板區域下）會溶解并被清洗掉。

step 2.3?圖2.(a）顯示了顯影后的晶圓。將晶圓再次放在120~180℃的環境下烘焙20 min，以增強對襯底的黏附力，提高在即將進行的刻蝕工藝處理中的抗腐蝕能力。然后使用氫氟酸（HF）作為酸刻蝕液，除去沒有被光刻膠保護的SiO2表面，如圖2.(b）所示。

step 2.4?最后使用化學溶劑或等離子體氧化系統剝去光刻膠，如圖2.(c）所示。此時，晶圓已完成了準備工作，可以進行后續的擴散或離子注入以形成pn結。

圖2 (a）顯影后的晶圓；(b)SiO2去除后的晶圓；(c）光刻工藝處理后的晶圓；(d）擴散或離子注入形成pn結；

三、擴散和離子注入

在擴散工藝中，沒有被SiO2保護的半導體表面暴露在相反類型的高濃度雜質中，雜質以固態擴散的方式進入半導體晶格中。在離子注入工藝中，摻雜離子被加速以獲得較高的能量，然后注入半導體內部。此時，SiO2層作為雜質擴散或離子注入的阻擋層。隨后pn結形成，如圖2(d）所示。由于摻入雜質的橫向擴散，重摻雜區域要比光刻所開的窗口面積略微大些。

四、金屬化

擴散或離子注入步驟以后，歐姆接觸和互連線在隨后的金屬化工藝步驟中完成，如圖3(e）所示。金屬薄膜可以通過物理或化學氣相淀積的方法形成。光刻的工藝再次被使用，以形成正面的金屬連接，如圖3(f）所示。在晶圓背面也要進行相似的金屬化工藝處理，只是不進行光刻處理。一般來說，低溫（≤500℃）退火工藝處理可用于增進金屬層和半導體之間的低電阻接觸。

圖3 (e）金屬化工藝處理后的晶圓；(f）完整工藝處理后的晶圓

審核編輯：黃飛