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　　晶圓制造工藝詳解

? ? ? ?表面清洗

　　晶圓表面附著一層大約2um的Al2O3和甘油混合液保護(hù)之,在制作前必須進(jìn)行化學(xué)刻蝕和表面清洗。

　　初次氧化

　　有熱氧化法生成SiO2 緩沖層，用來減小后續(xù)中Si3N4對(duì)晶圓的應(yīng)力氧化技術(shù)：干法氧化Si(固)+O2 à SiO2(固)和濕法氧化Si(固)+2H2O à SiO2(固)+2H2。干法氧化通常用來形成，柵極二氧化硅膜，要求薄，界面能級(jí)和固定電荷密度低的薄膜。干法氧化成膜速度慢于濕法。濕法氧化通常用來形成作為器件隔離用的比較厚的二氧化硅膜。當(dāng)SiO2膜較薄時(shí)，膜厚與時(shí)間成正比。SiO2膜變厚時(shí)，膜厚與時(shí)間的平方根成正比。因而，要形成較厚SiO2膜，需要較長的氧化時(shí)間。SiO2膜形成的速度取決于經(jīng)擴(kuò)散穿過SiO2膜到達(dá)硅表面的O2及OH基等氧化劑的數(shù)量的多少。濕法氧化時(shí)，因在于OH基SiO2膜中的擴(kuò)散系數(shù)比O2的大。氧化反應(yīng)，Si 表面向深層移動(dòng)，距離為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膜為透明，通過光干涉來估計(jì)膜的厚度。這種干涉色的周期約為200nm，如果預(yù)告知道是幾次干涉，就能正確估計(jì)。對(duì)其他的透明薄膜，如知道其折射率，也可用公式計(jì)算出(dSiO2)/(dox)=(nox)/(nSiO2)。SiO2膜很薄時(shí)，看不到干涉色，但可利用Si的疏水性和SiO2的親水性來判斷SiO2膜是否存在。也可用干涉膜計(jì)或橢圓儀等測(cè)出。SiO2和Si界面能級(jí)密度和固定電荷密度可由MOS二極管的電容特性求得。(100)面的Si的界面能級(jí)密度最低，約為10E+10-- 10E+11/cm ?2.eV-1 數(shù)量級(jí)。(100)面時(shí)，氧化膜中固定電荷較多，固定電荷密度的大小成為左右閾值的主要因素。

　　熱CVD(HotCVD)/(thermalCVD)

　　此方法生產(chǎn)性高，梯狀敷層性佳(不管多凹凸不平，深孔中的表面亦產(chǎn)生反應(yīng)，及氣體可到達(dá)表面而附著薄膜)等，故用途極廣。膜生成原理，例如由揮發(fā)性金屬鹵化物(MX)及金屬有機(jī)化合物(MR)等在高溫中氣相化學(xué)反應(yīng)(熱分解，氫還原、氧化、替換反應(yīng)等)在基板上形成氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔點(diǎn)金屬、金屬、半導(dǎo)體等薄膜方法。因只在高溫下反應(yīng)故用途被限制，但由于其可用領(lǐng)域中，則可得致密高純度物質(zhì)膜，且附著強(qiáng)度極強(qiáng)，若用心控制，則可得安定薄膜即可輕易制得觸須(短纖維)等，故其應(yīng)用范圍極廣。熱CVD法也可分成常壓和低壓。低壓CVD適用于同時(shí)進(jìn)行多片基片的處理，壓力一般控制在0.25-2.0Torr之間。作為柵電極的多晶硅通常利用HCVD法將SiH4或Si2H。氣體熱分解(約650oC)淀積而成。采用選擇氧化進(jìn)行器件隔離時(shí)所使用的氮化硅薄膜也是用低壓CVD法，利用氨和SiH4 或Si2H6反應(yīng)面生成的，作為層間絕緣的SiO2薄膜是用SiH4和O2在400--4500oC的溫度下形成SiH4+O2-SiO2+2H2或是用Si(OC2H5)4(TEOS:tetra ethoxy silanc)和O2在750oC左右的高溫下反應(yīng)生成的，后者即采用TEOS形成的SiO2膜具有臺(tái)階側(cè)面部被覆性能好的優(yōu)點(diǎn)。前者，在淀積的同時(shí)導(dǎo)入PH3 氣體，就形成磷硅玻璃( PSG： phosphor silicate glass)再導(dǎo)入B2H6氣體就形成BPSG(borro ? phosphor silicate glass)膜。這兩種薄膜材料，高溫下的流動(dòng)性好，廣泛用來作為表面平坦性好的層間絕緣膜。

　　熱處理

　　在涂敷光刻膠之前，將洗凈的基片表面涂上附著性增強(qiáng)劑或?qū)⒒旁诙栊詺怏w中進(jìn)行熱處理。這樣處理是為了增加光刻膠與基片間的粘附能力，防止顯影時(shí)光刻膠圖形的脫落以及防止?jié)穹ǜg時(shí)產(chǎn)生側(cè)面腐蝕(sideetching)。光刻膠的涂敷是用轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間可自由設(shè)定的甩膠機(jī)來進(jìn)行的。首先、用真空吸引法將基片吸在甩膠機(jī)的吸盤上，把具有一定粘度的光刻膠滴在基片的表面，然后以設(shè)定的轉(zhuǎn)速和時(shí)間甩膠。由于離心力的作用，光刻膠在基片表面均勻地展開，多余的光刻膠被甩掉，獲得一定厚度的光刻膠膜，光刻膠的膜厚是由光刻膠的粘度和甩膠的轉(zhuǎn)速來控制。所謂光刻膠，是對(duì)光、電子束或X線等敏感，具有在顯影液中溶解性的性質(zhì)，同時(shí)具有耐腐蝕性的材料。一般說來，正型膠的分辯率高，而負(fù)型膠具有感光度以及和下層的粘接性能好等特點(diǎn)。光刻工藝精細(xì)圖形(分辯率，清晰度)，以及與其他層的圖形有多高的位置吻合精度(套刻精度)來決定，因此有良好的光刻膠，還要有好的曝光系統(tǒng)。

　　去除氮化硅

　　此處用干法氧化法將氮化硅去除

　　離子注入

　　離子布植將硼離子 (B+3) 透過 SiO2 膜注入襯底，形成P型阱離子注入法是利用電場(chǎng)加速雜質(zhì)離子，將其注入硅襯底中的方法。離子注入法的特點(diǎn)是可以精密地控制擴(kuò)散法難以得到的低濃度雜質(zhì)分布。MOS電路制造中，器件隔離工序中防止寄生溝道用的溝道截?cái)啵{(diào)整閥值電壓用的溝道摻雜， CMOS的阱形成及源漏區(qū)的形成，要采用離子注入法來摻雜。離子注入法通常是將欲摻入半導(dǎo)體中的雜質(zhì)在離子源中離子化， 然后將通過質(zhì)量分析磁極后選定了離子進(jìn)行加速，注入基片中。

　　退火處理

　　去除光刻膠放高溫爐中進(jìn)行退火處理 以消除晶圓中晶格缺陷和內(nèi)應(yīng)力，以恢復(fù)晶格的完整性。使植入的摻雜原子擴(kuò)散到替代位置，產(chǎn)生電特性。

　　去除氮化硅層

　　用熱磷酸去除氮化硅層，摻雜磷 (P+5) 離子，形成 N 型阱，并使原先的SiO2 膜厚度增加，達(dá)到阻止下一步中n 型雜質(zhì)注入P 型阱中。

　　去除SIO2層

　　退火處理，然后用 HF 去除 SiO2 層。

　　干法氧化法

　　干法氧化法生成一層SiO2 層，然后LPCVD 沉積一層氮化硅。此時(shí)P 阱的表面因SiO2 層的生長與刻蝕已低于N 阱的表面水平面。這里的SiO2 層和氮化硅的作用與前面一樣。接下來的步驟是為了隔離區(qū)和柵極與晶面之間的隔離層。