芯片制備技術(shù)是基于許多制造半導(dǎo)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(zhǔn)備

所有制備技術(shù)都是以單晶硅(通常為圓柱體)為起點，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)常聽到的8寸代工廠場、12寸代工廠場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(dǎo)電，可作為導(dǎo)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(nèi)部運動的過程。通常發(fā)生在高溫(800~1400度)。按半導(dǎo)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擴散過程中表面雜質(zhì)源N0無窮多，此時雜質(zhì)的分布是擴散時間的函數(shù)，這種機制稱為無窮源擴散。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時的值為N0。隨著時間的增加，表面雜質(zhì)的濃度將減少。NB表示半導(dǎo)體擴散前的雜質(zhì)濃度。

作為時間的函數(shù)的擴散分布

離子注入

離子注入時特殊摻雜物(雜質(zhì))的離子在電場加速至很高的速度后注入到半導(dǎo)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(fù)離子注入過程造成的半導(dǎo)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。

離子注入可以穿過薄層進行注入，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(可見我之前文章：技術(shù)帖：薄膜沉積技術(shù)及原理的詳細(xì)介紹)。主要用于介質(zhì)層(氮化硅和氧化硅等)以及金屬線(多晶硅、銅線等)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暴露在透過掩模版的紫外光(Ultravioletray，UV)一定的時間，在后續(xù)的顯影過程中被紫外光照射過的光刻膠會溶解擴散至顯影液中，掩模版上的圖形也會因為這些步驟而被轉(zhuǎn)移到晶圓或襯底的最頂層涂有光刻膠的層上。對于顯影結(jié)束后未經(jīng)過曝光的被光刻膠覆蓋的部分可以作為阻擋層阻止進一步的后期工藝處理(如后期的刻蝕)，由此實現(xiàn)了將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移至晶圓頂層或襯底上的過程。

光刻基本原理

刻蝕是在襯底或者晶圓的表面，通過一定的化學(xué)反應(yīng)，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