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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和甘油混合液保護之,在制作前必須進行化學刻蝕和表面清洗。

　　初次氧化

　　有熱氧化法生成SiO2 緩沖層，用來減小后續中Si3N4對晶圓的應力氧化技術：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SiO2膜較薄時，膜厚與時間成正比。SiO2膜變厚時，膜厚與時間的平方根成正比。因而，要形成較厚SiO2膜，需要較長的氧化時間。SiO2膜形成的速度取決于經擴散穿過SiO2膜到達硅表面的O2及OH基等氧化劑的數量的多少。濕法氧化時，因在于OH基SiO2膜中的擴散系數比O2的大。氧化反應，Si 表面向深層移動，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，通過光干涉來估計膜的厚度。這種干涉色的周期約為200nm，如果預告知道是幾次干涉，就能正確估計。對其他的透明薄膜，如知道其折射率，也可用公式計算出(dSiO2)/(dox)=(nox)/(nSiO2)。SiO2膜很薄時，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。也可用干涉膜計或橢圓儀等測出。SiO2和Si界面能級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的界面能級密度最低，約為10E+10-- 10E+11/cm ?2.eV-1 數量級。(100)面時，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)

　　此方法生產性高，梯狀敷層性佳(不管多凹凸不平，深孔中的表面亦產生反應，及氣體可到達表面而附著薄膜)等，故用途極廣。膜生成原理，例如由揮發性金屬鹵化物(MX)及金屬有機化合物(MR)等在高溫中氣相化學反應(熱分解，氫還原、氧化、替換反應等)在基板上形成氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔點金屬、金屬、半導體等薄膜方法。因只在高溫下反應故用途被限制，但由于其可用領域中，則可得致密高純度物質膜，且附著強度極強，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適用于同時進行多片基片的處理，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。采用選擇氧化進行器件隔離時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左右的高溫下反應生成的，后者即采用TEOS形成的SiO2膜具有臺階側面部被覆性能好的優點。前者，在淀積的同時導入PH3 氣體，就形成磷硅玻璃( PSG： phosphor silicate glass)再導入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劑或將基片放在惰性氣體中進行熱處理。這樣處理是為了增加光刻膠與基片間的粘附能力，防止顯影時光刻膠圖形的脫落以及防止濕法腐蝕時產生側面腐蝕(sideetching)。光刻膠的涂敷是用轉速和旋轉時間可自由設定的甩膠機來進行的。首先、用真空吸引法將基片吸在甩膠機的吸盤上，把具有一定粘度的光刻膠滴在基片的表面，然后以設定的轉速和時間甩膠。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速來控制。所謂光刻膠，是對光、電子束或X線等敏感，具有在顯影液中溶解性的性質，同時具有耐腐蝕性的材料。一般說來，正型膠的分辯率高，而負型膠具有感光度以及和下層的粘接性能好等特點。光刻工藝精細圖形(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。

　　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加速雜質離子，將其注入硅襯底中的方法。離子注入法的特點是可以精密地控制擴散法難以得到的低濃度雜質分布。MOS電路制造中，器件隔離工序中防止寄生溝道用的溝道截斷，調整閥值電壓用的溝道摻雜， CMOS的阱形成及源漏區的形成，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體中的雜質在離子源中離子化， 然后將通過質量分析磁極后選定了離子進行加速，注入基片中。

　　退火處理

　　去除光刻膠放高溫爐中進行退火處理 以消除晶圓中晶格缺陷和內應力，以恢復晶格的完整性。使植入的摻雜原子擴散到替代位置，產生電特性。

　　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，達到阻止下一步中n 型雜質注入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和柵極與晶面之間的隔離層。