集成電路制造技術(shù)(原理與工藝)-硅襯底之一

集成電路制造技術(shù)（原理與工藝）--硅襯底之一現(xiàn)在集成電路使用的最基本的本征材料有：硅（Si)，鍺（Ge），砷化鎵（GaAs)，室溫下硅的晶格電子遷移率為1350，較鍺3900，砷化鎵8600要小得多，說(shuō)到晶格下面會(huì)有介紹，而電子遷移率表征著器件的運(yùn)行速度，所以硅一般會(huì)用在頻率相對(duì)較低的集成電路生產(chǎn)中，而高頻器件，高速，微波微電子產(chǎn)品的襯底材料領(lǐng)域由砷化鎵占領(lǐng)。硅作為地球最普遍的材料，所以讓我們先來(lái)了解生產(chǎn)一顆常用的硅基IC需要的工藝流程，產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程示意圖如下：

如圖所示，從單晶硅錠切割加工成硅片，然后從硅片通過(guò)20～30的工藝步驟制成集成電路芯片，然后調(diào)試好后，就劃分為小單元的芯片，然后進(jìn)行封裝，測(cè)試后，就可以出品做生意了。看到這里我們應(yīng)該多問(wèn)幾個(gè)How，Why，When了。單晶硅是怎樣制成的（How)？切割加工的芯片的厚度（為什么是這個(gè)厚度，Why)？20～30個(gè)工藝步驟（為什么需要這些工序Why,在什么時(shí)候做When)?且聽(tīng)下面分解。對(duì)于以上的幾個(gè)問(wèn)題，讓我們先了解下原始硅片變成集成芯片的步驟，就拿硅基雙極型NPN晶體管芯片（即普通的NPN型三極管）為例，制造的主要工藝流程如下所示

步驟（1）--外延工藝，是在重?fù)诫s的單晶硅片上通過(guò)物理（或化學(xué))的方法生長(zhǎng)輕摻雜的單晶硅層，晶體管的兩個(gè)PN結(jié)就是做在這層輕摻雜的外延層上。步驟（2）--氧化工藝，是在硅片表面用氧化方法或物理(或化學(xué)）薄膜積淀的方法得到一層二氧化硅薄膜，作為后續(xù)定域摻雜的掩蔽膜。步驟（3）--一次光刻工藝，是在二氧化硅掩膜上光刻出基區(qū)窗口圖形來(lái)，以進(jìn)行下一步的基區(qū)摻雜。步驟（4）--硼摻雜工藝，是用熱擴(kuò)散或離子注入等方法在N型硅上摻入P型雜質(zhì)硼，目的是獲得晶體管的集電極。步驟（5）--二次光刻工藝，是晶體管制作的第二次光刻，和步驟3一樣，目的是在二氧化硅掩膜上光刻出發(fā)射區(qū)窗口圖形來(lái)，以進(jìn)行下一步的發(fā)射區(qū)摻雜。二次光刻是在一次光刻基礎(chǔ)上進(jìn)行的，必須與一次光刻圖形對(duì)準(zhǔn)。步驟（6）--磷摻雜工藝，和步驟4一樣，摻雜磷雜質(zhì)，在P型基區(qū)上摻入N型雜質(zhì)形成晶體管的發(fā)射結(jié)。兩步摻雜工藝構(gòu)成了晶體管的兩個(gè)PN結(jié)。步驟（7）--三次光刻工藝，同一二次光刻，目的是光刻出引線圖形。步驟（8）--金屬化工藝，是采用物理（或化學(xué)）薄膜沉積方法在芯片表面淀積金屬層，作為晶體管芯片內(nèi)的引出電極。步驟（9）--四次光刻工藝，這次光刻與前三次光刻承載圖形的薄膜不同，是金屬薄膜，但光刻方法與前三次光刻方法大致相同。由以上工藝流程可知，晶體管的造工藝實(shí)際由外延，氧化，光刻，摻雜，金屬化