芯片基本制造工藝，與真空關(guān)聯(lián)密切

芯片制備技術(shù)是基于許多制造半導體部件的完整工藝步驟之上的，包括氧化、擴散、離子注入、沉積、光刻和刻蝕等，所有的工藝流程都與真空密切關(guān)聯(lián)。

材料準備

所有制備技術(shù)都是以單晶硅(通常為圓柱體)為起點(diǎn)，切割成硅晶圓。如圖，業(yè)界常用英寸表示晶圓大小(1寸約為25mm)，我們經(jīng)常聽(tīng)到的8寸代工廠(chǎng)場(chǎng)、12寸代工廠(chǎng)場(chǎng)等所指的都是使用的硅晶圓材料的直徑。

硅晶圓

氧化

主要是在硅晶圓的表面形成二氧化硅(SiO2)的工藝。

氧化層為介質(zhì)，不導電，可作為導電層之間的隔離層

氧化層可以保護其覆蓋的材料免受污染

較薄的氧化層(100-1000埃)通常使用干氧化工藝，1埃=0.1納米

較厚的氧化層(>1000埃)通常使用濕氧化工藝

硅的氧化

擴散

雜質(zhì)原子由材料表面向材料內部運動(dòng)的過(guò)程。通常發(fā)生在高溫(800~1400度)。按半導體表面的雜質(zhì)濃度分為兩種基本擴散機制：第一種機制假定整個(gè)擴散過(guò)程中表面雜質(zhì)源N0無(wú)窮多，此時(shí)雜質(zhì)的分布是擴散時(shí)間的函數，這種機制稱(chēng)為無(wú)窮源擴散。第二種機制假定初始條件下材料表面的雜質(zhì)源是有限的，在t=0時(shí)的值為N0。隨著(zhù)時(shí)間的增加，表面雜質(zhì)的濃度將減少。NB表示半導體擴散前的雜質(zhì)濃度。

作為時(shí)間的函數的擴散分布

離子注入

離子注入時(shí)特殊摻雜物(雜質(zhì))的離子在電場(chǎng)加速至很高的速度后注入到半導體材料中的工藝步驟。

離子注入后需要退火用以激活雜質(zhì)離子和修復離子注入過(guò)程造成的半導體晶格的物理破壞。

離子注入可以作為擴散的替代工藝，但成本較高。

離子注入可以穿過(guò)薄層進(jìn)行注入，防止被注入材料表面因為曝露而被污染

沉積

就是把不同材料的薄膜層沉積到硅晶圓上。包括蒸發(fā)沉積、濺射沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積等(可見(jiàn)我之前文章：技術(shù)帖：薄膜沉積技術(shù)及原理的詳細介紹)。主要用于介質(zhì)層(氮化硅和氧化硅等)以及金屬線(xiàn)(多晶硅、銅線(xiàn)等)的制備。

光刻與刻蝕

光刻的基本原理就是，部分的光刻膠首先會(huì )暴露在透過(guò)掩模版的紫外光(Ultravioletray，UV)一定的時(shí)間，在后續的顯影過(guò)程中被紫外光照射過(guò)的光刻膠會(huì )溶解擴散至顯影液中，掩模版上的圖形也會(huì )因為這些步驟而被轉移到晶圓或襯底的最頂層涂有光刻膠的層上。對于顯影結束后未經(jīng)過(guò)曝光的被光刻膠覆蓋的部分可以作為阻擋層阻止進(jìn)一步的后期工藝處理(如后期的刻蝕)，由此實(shí)現了將掩模版上的圖形轉移至晶圓頂層或襯底上的過(guò)程。

光刻基本原理

刻蝕是在襯底或者晶圓的表面，通過(guò)一定的化學(xué)反應，定位的去除全部或部分未經(jīng)保護的薄膜的工藝。

刻蝕形成所需圖形