半导体六大制程工艺

1. 晶圆制备（Wafer Preparation）

• 核心目标：从高纯度多晶硅出发，通过提纯、单晶生长和精密加工获得高度平整的圆形硅片（晶圆）。具体包括直拉法或区熔法拉制单晶锭，切片后进行研磨、抛光处理，最终形成纳米级表面粗糙度的衬底材料。例如，现代先进制程普遍采用300mm直径的大尺寸晶圆以提高生产效率。该过程为后续所有微纳加工奠定物理基础，其质量直接影响器件性能与良率。

2. 光刻（Photolithography）

• 工艺链：包含涂胶、曝光、显影三大核心步骤。先在晶圆表面旋涂光敏性光刻胶，利用掩膜版与EUV/DUV光刻机将电路图案精准转移至胶层，再通过化学显影溶解特定区域暴露出下层材料。此环节决定了芯片上晶体管和其他元件的布局精度，是实现微小化特征尺寸的关键瓶颈。例如，极紫外光刻技术可支持3nm以下节点量产，推动摩尔定律持续演进。

3. 蚀刻（Etching）

• 分类与应用：分为湿法蚀刻（化学溶液溶解）和干法蚀刻（等离子体轰击）。湿法使用氢氟酸等各向同性腐蚀液，适合简单结构；干法则通过反应离子刻蚀实现高精度三维形貌加工，如FinFET晶体管的鳍状凸起。该工艺负责将光刻定义的二维图形转化为立体器件结构，需精确控制蚀刻深度与侧壁角度以避免相邻元件短路。

4. 掺杂（Doping）

• 实现方式：主要依赖离子注入技术，将硼、磷等杂质原子加速打入硅基体的指定区域，经退火激活后改变材料的导电类型（P型或N型）。例如，源漏极的形成即通过重掺杂实现低电阻接触。此过程精准调控半导体区域的载流子浓度分布，构建MOSFET等有源器件的核心功能层。部分场景也会采用扩散法进行轻掺杂处理。

5. 薄膜沉积（Thin Film Deposition）

• 主流技术：包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和原子层沉积（ALD）。CVD通过气体反应生成致密介质层（如SiO₂绝缘层），PECVD则可在低温下沉积氮化硅；PVD中的溅射工艺适用于金属互连线的形成。这些技术用于制造栅氧化层、金属电极及层间介电质，确保不同功能层之间的电气隔离与信号传输效率。

6. 化学机械抛光（CMP）

• 平坦化机制：通过旋转的研磨头施加压力，配合含有磨料的化学试剂对晶圆进行全局均匀抛光。例如，在多层金属互连结构中，CMP能消除铜电镀后的凸起，使整个表面达到原子级平整度。该工艺不仅修正拓扑形貌差异，还能去除多余材料并清洁表面污染物，保障后续光刻对准精度。

上述六大工艺构成半导体制造的核心循环：从晶圆预处理开始，依次进行图案定义（光刻）、材料改性（掺杂/沉积）、结构成型（蚀刻），并通过CMP实现跨层互联。每个环节均涉及复杂的物理化学反应控制与设备协同优化，任何一步的微小偏差都可能影响最终芯片的性能与可靠性。随着制程节点向纳米尺度演进，工艺整合难度呈指数级上升，推动着材料科学、精密仪器和自动化技术的突破创新。