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1、晶圆详细介绍目录1.01 晶圆2.01 制造过程3.01著名晶圆厂商4.01 制造工艺4.02 表面清洗4.03 初次氧化4.04 热 CVD4.05 热处理4.06 除氮化硅4.07 离子注入4.08 退火处理4.09 去除氮化硅层4.10去除SIO2层4.11 干法氧化法4.12湿法氧化4.13 氧化4.14形成源漏极4.15 沉积4.16沉积掺杂硼磷的氧化层4.17 深处理5.01 专业术语1.01 晶晶圆（Wafer）是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。晶圆是生产集成电路所用的载体，一般意义晶圆 多指单晶硅圆片。晶圆是最常用的半导体材料，按其直径分为4英
2、 寸、5 英寸、6 英寸、8 英寸等规格，近来发展 出 12 英寸甚至研发更大规格（14 英吋、15 英吋、16 英吋、20英吋以上等）。晶圆越大，同一圆片上可生产的IC就越多，可降低成本；但对材料技术和生产技术的要求更高，例如均匀度等 这座晶圆厂有更好的技术，在生产晶圆的过程当 中，良品率是很重要的条件。等的问题。般认为硅晶圆的直径越大，代表着2.01 制造过程二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化并 经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达 99.999999999%，因在精密电子元件当中，硅晶圆需要有相当的纯度，不然会产生缺陷。晶圆制 造厂再以柴可拉斯基法将此多晶硅熔解，再于溶液内掺入一
3、小粒的硅晶体晶种，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗小晶粒在融熔态的硅原料中逐渐生成，此过程称为“长晶”。硅晶棒再经过切片、研磨、抛光后，即成为集成电路工厂的基本原料一一硅 晶圆片，这就是“晶圆”。很简单的说，单晶硅圆片由普通硅砂拉制提炼，经过溶解、提纯、蒸憾一系列措施制成单晶 硅棒，单晶硅棒经过切片、抛光之后，就成为了 晶圆晶圆经多次光掩模处理，其中每一次的步骤包括感光剂涂布、曝光、显影、腐蚀、渗透、 植入、刻蚀或蒸著等等，将其光掩模上的电路复 制到层层晶圆上，制成具有多层线路与元件的IC晶圆，再交由后段的测试、切割、封装厂,以制成实体的集成电路成品，从晶圆要加工
4、成为 产品需要专业精细的分工。3.01著名晶圆厂商只制造硅晶圆基片的厂商例如合晶（台湾股票代号：6182）、中美晶台湾股票代号：5483）、信越化学等。晶圆制造厂著名晶圆代工厂有台积电、联华电子、格罗方德（Global Fundres）及中芯国际等。英特尔（Intel）等公司则自行设计并制造自己的IC晶 圆直至完成并行销其产品。三星电子等则兼有晶 圆代工及自制业务。南亚科技、瑞晶科技 （现已并入美光科技，更名台湾美光内存）、Hynix、美 光科技（Micron）等则专于内存产品。日月光半 导体等则为晶圆产业后段的封装、测试厂商。4.01 制造工艺4.02 表面清洗晶圆表面附着大约2um的A12
5、O3和甘晶圆, 油混合液保护层,在制作前必须进行化学刻蚀和 表面清洗。4.03 初次氧化由热氧化法生成 SiO2 缓冲层，用来减小后 续中 Si3N4 对晶圆的应力氧化技术：干法氧化 Si（固）+O2 d SiO2（固）和湿法氧化 Si（固）+2H2O d SiO2（固）+2H2。干法氧化通常用来形成，栅极 二氧化硅膜，要求薄，界面能级和固定电荷密度 低的薄膜。干法氧化成膜速度慢于湿法。湿法氧 化通常用来形成作为器件隔离用的比较厚的二 氧化硅膜。当SiO2膜较薄时，膜厚与时间成正 比。 SiO2 膜变厚时，膜厚与时间的平方根成正 比。因而，要形成较厚SiO2膜，需要较长的氧 化时间。 SiO2
6、 膜形成的速度取决于经扩散穿过 SiO2膜到达硅表面的O2及OH基等氧化剂的数 量的多少。湿法氧化时，因在于OH基SiO2膜 中的扩散系数比O2的大。氧化反应，Si表面向 深层移动，距离为SiO2膜厚的0.44倍。因此， 不同厚度的SiO2膜，去除后的Si表面的深度也 不同。 SiO2 膜为透明，通过光干涉来估计膜的 厚度。这种干涉色的周期约为200nm，如果预告 知道是几次干涉，就能正确估计。对其他的透明 薄膜，如知道其折射率，也可用公式计算出(dSiO2)/(dox)=(nox)/(nSiO2)。SiO2 膜很薄时， 看不到干涉色，但可利用Si的疏水性和SiO2的 亲水性来判断SiO2膜是
7、否存在。也可用干涉膜 计或椭圆仪等测出。SiO2和Si界面能级密度和 固定电荷密度可由 MOS 二极管的电容特性求 得。 (100)面的 Si 的界面能级密度最低，约为10E+10- 10E+11/cm ?2.eV-1 数量级。 (100)面 时，氧化膜中固定电荷较多，固定电荷密度的大 小成为左右阈值的主要因素。4.04 热 CVD热 CVD(HotCVD)/(thermalCVD) 此方法生产性高，梯状敷层性佳 (不管多凹 凸不平，深孔中的表面亦产生反应，及气体可到 达表面而附着薄膜)等，故用途极广。膜生成原理，例如由挥发性金属卤化物(MX)及金属有机 化合物(MR)等在高温中气相化学反应(
8、热分解，氢还原、氧化、替换反应等)在基板上形成氮化 物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔点 金属、金属、半导体等薄膜方法。因只在高温下 反应故用途被限制，但由于其可用领域中，则可得致密高纯度物质膜，且附着强度极强，若用心 控制，则可得安定薄膜即可轻易制得触须 (短纤维)等，故其应用范围极广。热 CVD 法也可分成 常压和低压。低压 CVD 适用于同时进行多片基 片的处理，压力一般控制在0.25-2.0Torr之间。作为栅电极的多晶硅通常利用 HCVD 法将 SiH4或Si2H。气体热分解(约650oC)淀积而成。 采用选择氧化进行器件隔离时所使用的氮化硅 薄膜也是用低压 CVD 法，利用氨
9、和 SiH4 或Si2H6 反应面生成的，作为层间绝缘的 SiO2 薄 膜是用 SiH4 和 O2 在 400-4500oC 的温度下形成 SiH4+O2-SiO2+2H2 或 是 用 Si(OC2H5)4(TEOS:tetra ethoxy silane)和 02 在 750oC 左右的高温下反应生成的，后者即采用TE0S 形成的 Si02 膜具有台阶侧面部被覆性能 好的优点。前者，在淀积的同时导入 PH3 气体， 就形成磷硅玻璃( PSG ： phosphor silieate glass)再导入B2H6气体就形成BPSG(borro ? phosphor silicate glass)膜
10、。这两种薄膜材料，高 温下的流动性好，广泛用来作为表面平坦性好的 层间绝缘膜。4.05 热处理 在涂敷光刻胶之前，将洗净的基片表面涂上=1附着性增强剂或将基片放在惰性气体中进行热 处理。这样处理是为了增加光刻胶与基片间的粘 附能力，防止显影时光刻胶图形的脱落以及防止 湿法腐蚀时产生侧面腐蚀（sideetching）。光刻胶 的涂敷是用转速和旋转时间可自由设定的甩胶机来进行的。首先、用真空吸引法将基片吸在甩 胶机的吸盘上，把具有一定粘度的光刻胶滴在基 片的表面，然后以设定的转速和时间甩胶。由于离心力的作用，光刻胶在基片表面均匀地展开，11多余的光刻胶被甩掉，获得一定厚度的光刻胶 膜，光刻胶的膜厚
11、是由光刻胶的粘度和甩胶的转 速来控制。所谓光刻胶，是对光、电子束或 X 线等敏感，具有在显影液中溶解性的性质，同时 率高，而负型胶具有感光度以及和下层的粘接性 能好等特点。光刻工艺精细图形 （分辨率，清晰 度），以及与其他层的图形有多高的位置吻合精 度（套刻精度）来决定，因此有良好的光刻胶，还 要有好的曝光系统。具有耐腐蚀性的材料。般说来，正型胶的分辨4.06 除氮化硅 此处用干法氧化法将氮化硅去除4.07 离子注入离子布植将硼离子 (B+3) 透过 SiO2 膜注 入衬底，形成P型阱离子注入法是利用电场加速 杂质离子，将其注入硅衬底中的方法。离子注入 法的特点是可以精密lu.地控制扩散法难以
12、得到的低浓度杂质分布。 MOS 电路制造中，器件隔离工序中防止寄生沟 道用的沟道截断，调整阀值电压用的沟道掺杂， CMOS 的阱形成及源漏区的形成，要采用离子 注入法来掺杂。离子注入法通常是将欲掺入半导4.08 退火处理Ill去除光刻胶放高温炉中进行退火处理 以消 除晶圆中晶格缺陷和内应力，以恢复晶格的完整 性。使植入的掺杂原子扩散到替代位置，产生电 特性。4.09 去除氮化硅层 用热磷酸去除氮化硅层，掺杂磷 (P+5) 离 子，形成 N 型阱，并使原先的 SiO2 膜厚度增 加，达到阻止下一步中n型杂质注入P型阱中。4.10去除SIO2层退火处理，然后用 HF 去除 SiO2 层4.11 干
13、法氧化法干法氧化法生成一层 SiO2 层，然后 LPCVD 沉积一层氮化硅。此时 P 阱的表面因 SiO2 层的生长与刻蚀已低于 N 阱的表面水平 面。这里的 SiO2 层和氮化硅的作用与前面一 样。接下来的步骤是为了隔离区和栅极与晶面之间的隔离层。 光刻技术和离子刻蚀技术 利用光刻技术和离子刻蚀技术，保留下栅隔离层上面的氮化硅层。4.12 湿法氧化生长未有氮化硅保护的 SiO2 层，形成 PN 之间的隔离区。生成SIO2薄膜热磷酸去除氮化硅，然后用 HF 溶液去除 栅隔离层位置的 SiO2 ，并重新生成品质更好的 SiO2 薄膜 , 作为栅极氧化层。4.13 氧化LPCVD 沉积多晶硅层，然
14、后涂敷光阻进行 光刻，以及等离子蚀刻技术，栅极结构，并氧化 生成 SiO2 保护层。4.14 形成源漏极表面涂敷光阻，去除 P 阱区的光阻，注入 砷 (As) 离子，形成 NMOS 的源漏极。用同样 的方法，在 N 阱区，注入 B 离子形成 PMOS 的源漏极。4.15 沉积利用 PECVD 沉积一层无掺杂氧化层，保护元件，并进行退火处理。4.16沉积掺杂硼磷的氧化层含有硼磷杂质的 SiO2 层，有较低的熔点，硼磷氧化层(BPSG)加热到800 oC时会软化并有流动特性，可使晶圆表面初级平坦化。4.17 深处理 溅镀第一层金属利用光刻技术留出金属接触洞，溅镀钛 + 氮化钛+ 铝+ 氮化钛等多层
15、金 属膜。离子刻蚀出布线结构，并用 PECVD 在上 面沉积一层 SiO2 介电质。并用 SOG (spin on glass) 使表面平坦，加热去除 SOG 中的溶剂。 然后再沉积一层介电质，为沉积第二层金属作准 备。1)薄膜的沉积方法根据其用途的不同而不同，厚度通常小于 1um 。有绝缘膜、半导体 薄膜、金属薄膜等各种各样的薄膜。薄膜的沉积 法主要有利用化学反应的 CVD(chemical vapor deposition) 法 以 及 物理现象 的 PVD(physical vapor deposition)法两大类。CVD法有外延生 长法、HCVD , PECVD等。PVD有溅射法和真空蒸发法。一般而言， PVD 温度低，没有 毒气问题； CVD 温度高，需达到 1000 oC 以 上将气体解离，来产生化学作用。 PVD 沉积到 材料表面的附着力较 CVD 差一些， PVD 适用 于在光电产业，而半导体制程中的金属导电膜大 多使用 PVD 来沉积，而其他绝缘膜则大多数采 用要求
