100、半导体器件与集成电路制造全解析

半导体器件与集成电路制造全解析

1. 制造流程概述

典型的集成电路（IC）芯片厚度约为1mm，边长为几毫米。目前，大多数集成电路仍由硅制成，不过砷化镓和其他III - V族化合物等材料未来可能会发挥重要作用。实际的电子电路仅深入晶体表面约10μm，芯片深度的其余99%仅作为支撑衬底。

单个IC芯片是在直径较大、厚度为1mm的单晶硅晶圆上与许多相同电路同时制造的。晶圆要经过多个处理步骤，最终制成成品集成电路。处理完成后，通过切割步骤将单个电路从晶圆上分离出来。

在IC制造中，掺杂起着重要作用。在晶圆上创建重掺杂区域，用作导电路径和外部连接点，而中等掺杂区域则形成电阻。通过在芯片相邻区域掺杂施主和受主原子，可以形成PN结。一些PN结用作二极管或双极结型晶体管（BJT）和金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）的一部分，而另一些则用作隔离屏障，抑制IC相邻区域之间的导电。在正常电路运行期间，后一种结处于反向偏置状态。

通常会在IC中添加导体，以形成电接触、电路互连和电容器电极。在晶圆表面生长二氧化硅或氮化硅等介电材料，用于形成电容器和MOSFET栅极。较厚的介电层还可用于隔离底层导电层，或在制造过程中创建掩模层，用于选择性修改底层晶圆。在制造过程中，这些掩模层通常会多次形成和去除。

极端清洁对制造过程至关重要。杂质可能导致晶圆出现晶体缺陷或显著改变晶圆的导电性。微小的尘埃颗粒可能会干扰晶圆表面器件和互连的高分辨率图案化。工作环境会被仔细控制，以尽量减少空气中的颗粒，并且所有制造步骤中使用的化学试剂的纯度高于任何其他类型的制造过程。在IC制造过程中，典型的晶圆会多次进行清洗。

2. 外延生长