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第二章 半导体制造工艺 白雪飞 中国科学技术大学电子科学与技术系 提纲 • 硅制造 • 光刻技术 • 氧化物生长和去除 • 扩散和离子注入 • 硅淀积和刻蚀 • 金属化 • 组装 2 硅制造 多晶硅制造 • 冶金级多晶硅 – 石英矿和碳加热至2000℃，得到液态熔融硅 – 冷却后形成由大量细小晶粒结合在一起的多晶硅 – SiO2 + 2C  Si + 2CO • 半导体级多晶硅 – 冶金级硅与HCl气体在高温和催化剂下反应，生成三氯硅烷SiHCl3 – 三氯硅烷常温下为液态，经蒸馏提纯 – 用氢气将纯净的三氯硅烷还原为多晶硅单质 – SiHCl3 + H2  Si + 3HCl 4 晶体生长 Czochralski (CZ) 工艺 5 晶体生长过程 6 硅锭 单晶硅锭 7 晶圆制造 • 晶圆制造工序 – 切除硅锭两端锥形头 – 打磨硅锭至合适直径 – 确定晶向，打磨晶向标记平面 – 切片，得到晶圆(Wafer) – 抛光 – 倒角 • 晶向 – 晶圆表面方向决定了晶圆的很多特性 – 不同切割方向暴露出的原子结构不同，形成电子器件的电学特性也不同 8 晶圆成品 晶圆成品 300mm晶圆和Pizza 9 硅晶圆的解理特征 10 光刻技术 光刻技术 • 淀积和刻蚀 – 大多数淀积和刻蚀工艺不具有选择性 – 少数选择性工艺的速度太慢或成本过于高昂 • 光刻 – 复杂图形照相式的复制到晶圆表面 – 所得版式可以用于选择性的阻挡淀积或刻蚀 12 光刻胶 • 光刻胶 – 一种光敏乳胶剂 – 对一定波长的光非常敏感 – 粘附于晶圆上形成均匀薄膜 – 溶剂蒸发并烘烤后变硬便于处理 • 正胶 – 曝光的正胶在紫外线下分解，变得可溶 – 未曝光的负胶在显影液中不可溶 – 正胶使用更多 • 负胶 – 曝光的负胶在紫外线下聚合，变得不可溶 – 未曝光的负胶在特定溶剂中可溶 13 曝光 曝光简图