一文详解半导体制造技术

半导体制造技术

本节仅描述硅基半导体的制造；大多数半导体是硅。硅特别适用于集成电路，因为它容易形成氧化物涂层，可用于对晶体管等集成组件进行图案化。

6.1硅的制备

硅是地壳中第二常见的元素，其形式为二氧化硅、SiO2，也称为硅砂。硅通过在电弧炉中用碳还原而从二氧化硅中释放出来：

SiO2+C=CO2+Si

这种冶金级硅适用于硅钢变压器叠片，但纯度不足以用于半导体应用。转化为氯化物SiCl4(或SiHCl3)允许通过分馏进行纯化。用超纯锌或镁还原产生海绵硅，需要进一步纯化。或者，在热的多晶硅棒加热器上被氢气热分解产生超纯硅。

Si+3HCl=SiHCl3+H2SiHCl3+H2=Si+3HCl2

多晶硅在由感应加热石墨基座加热的熔融石英坩埚中熔化。石墨加热器可替代地由低电压在高电流下直接驱动。在单晶提拉（Czochralski）工艺中，硅熔体凝固在具有所需晶格取向的铅笔大小的单晶硅棒上。（下图）杆以一定的速度旋转并向上拉，以促使直径扩大到几英寸。一旦达到这个直径，晶锭就会自动以一定的速度拉动，以将直径保持在几英尺的长度。可以将掺杂剂添加到坩埚熔体中以产生例如P型半导体。生长装置被封闭在惰性气氛中。

图：单晶提拉（Czochralski）单晶硅生长。

将成品晶锭研磨至精确的最终直径，并修整端部。通过内径金刚石锯将晶锭切成晶片。晶片被磨平并抛光。晶圆可以具有通过热沉积在晶圆顶部生长的N型外延层，以获得更高的质量。在这个制造阶段的晶片由硅晶片制造商交付给半导体制造商。

图：硅晶锭被金刚石锯成晶片。

审核编辑：汤梓红