集成電路基本工藝包括基片外延生長掩模制造、曝光技術、刻蝕、氧化、擴散、離子注入、多晶硅淀積、金屬層形成。
外延工藝是60年代初發展起來的一種非常重要的技術,盡管有些器件和IC可以直接做在未外延的基片上,但是未經過外延生長的基片通常不具有制作期間和電路所需的性能。外延生長的目的是用同質材料形成具有不同摻雜種類及濃度而具有不同性能的晶體層。常用的外延技術主要包括氣相、液相金屬有機物氣相和分子束外延等。其中,氣相外延層是利用硅的氣態化合物或液態化合物的蒸汽在襯底表面進行化學反應生成單晶硅,即CUD單晶硅;液相外延則是由液相直接在襯底表面生長外延層的方法;金屬有機物氣相外延則是針對Ⅲ?Ⅴ族材料,將所需要生長的Ⅲ?Ⅴ族元素的源材料以氣體混合物的形式進入反應器中加熱的生長區,在那里進行熱分解與沉淀反映,而分子束外延則是在超高真空條件下,由一種或幾種原子或分子束蒸發到襯底表面形成外延層的方法。
掩模板可分成整版及單片版兩種,整版按統一的放大率印制,因此稱為1×掩模,在一次曝光中,對應著一個芯片陳列的所有電路的圖形都被映射到基片的光刻膠上。單片版通常八九、實際電路放大5或10倍,故稱作5×或10×掩模,其圖案僅對應著基片上芯片陳列中的單元。
其中,接觸式光刻可得到比較高的分辨率,但容易損傷掩模版和光刻膠膜;接近式光刻,則大大減少了對掩模版的損傷,但分辨率降低;投影式光刻,減少掩模版的磨損也有效提高光刻的分辨率。
經過光刻后在光刻膠上得到的圖形并不是器件的最終組成部分,光刻只是在光刻膠上形成臨時圖形,為了得到集成電路真正需要的圖形,必須將光刻膠上的圖形轉移到硅膠上,完成這種圖形轉換的方法之一就是將未被光刻膠掩蔽的部分通過選擇性腐蝕去掉。
在集成電路工藝中常用的制備氧化層的方法有:①干氧氧化;②水蒸氣氧化;③濕氧氧化。
干氧氧化:高溫下氧與硅反應生成sio2的氧化方法;
水蒸氣氧化:高溫下水蒸氣與硅發生反應的氧化方法;影響硅表面氧化速率的三個關鍵因素:溫度、氧化劑的有效性、硅層的表面勢。
擴散工藝通常包括兩個步驟:即在恒定表面濃度條件下的預淀積和在雜志總量不變的情況下的再分布。預淀積只是將一定數量的雜質引入硅晶片表面,而最終的結深和雜質分布則由再分布過程決定。
常見的擴散方法主要有固態源擴散和氣態源擴散等。
離子注入是將具有很高能量的帶點雜質離子射入半導體襯底中的摻雜技術,它的摻雜深度由注入雜質離子的能量、雜質離子的質量決定,摻雜濃度由注入雜質離子的劑量決定。高能離子射入靶后,不斷與襯底中的原子以及核外電子碰撞,能量逐步損失,最后停止下來。
離子注入法于20世紀50年代開始研究,20世紀70年代進入工業應用階段。隨著VLSI超精細加工技術的發展,現已成為各種半導體摻雜和注入隔離的主流技術。在離子注入后,由于會在襯底中形成損傷,而且大部分注入的離子又不是以替位的形式位于晶格上,為了激活注入到襯底中的雜質離子,并消除半導體襯底中的損傷,需要對離子注入后的硅片進行退火。
退火,也叫熱處理,作用是消除材料中的應力或改變材料中的組織結構,以達到改善機械強度或硬度的目的。
器件的制造需要各種材料的淀積,這些材料包括多晶硅、隔離互連層的絕緣材料和作為互連的金屬層。