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CVD

4.05 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 晶圆

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，例如均匀度等等的问题。一般认为硅晶圆的直径越大，代表着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。

2.01 制造过程

“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——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、蒸馏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 Fundries ）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AI2O3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 dSiO2（固）和湿法氧化Si（固）+2H2O dSiO2（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MOSX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(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HCVDfe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 silanc) 和O2 在750oC左右的高温下反应生成的，后者即采用TEOS形成的SiO2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

silicate glass )再导入B2H6 气体就形成BPSG(borro ? phosphor silicate glass) 膜。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，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，同时具有耐腐蚀性的材料。一般说来，正型胶的分辨率高，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。

4.06 除氮化硅

此处用干法氧化法将氮化硅去除