半导体制造技术

仅制造基于硅的半导体在本节中描述了;大多数半导体都是硅。硅特别适合集成电路因为它很容易形成氧化物涂层，所以可用于图案化晶体管的集成组件。

硅

硅是地球上的第二个最常见的元素，以二氧化硅，SiO的形式₂，否则称为硅砂。通过在电弧炉中用碳还原，硅通过二氧化硅释放

SiO.₂+ c = co₂+ Si.

这种冶金等级硅适用于硅钢变压器叠片，但对于半导体应用而言也没有足够纯度。转化为氯化物SiCl_4.(或SiHCl_3.）允许分数蒸馏纯化。通过超纯锌或镁的减少产生海绵硅，需要进一步纯化。或者，通过氢气通过氢气的热多晶硅棒加热器上的热分解产生超纯硅。

si + 3hcl = sihcl_3.+ H₂sihcl._3.+ H₂= Si + 3HCL₂

多晶硅在熔融石英坩埚中熔化，坩埚由感应加热石墨敏感器加热。石墨加热器也可以直接由低电压高电流驱动。在直拉法，硅熔体固化到所需晶格取向的铅笔尺寸的单晶硅棒上。（下图）杆以速度向上旋转并拉动，以鼓励直径扩展到几英寸。一旦达到这种直径，就林以速率自动拉动以保持恒定直径到几英尺的长度。掺杂剂可以加入坩埚熔体中以形成例如p型半导体。将生长装置封闭在惰性气氛内。

Czochralski单晶硅硅生长。

成品球被磨成精确的最终直径，并修剪末端。用内径金刚石锯子将圆片切成薄片。晶片被磨平并抛光。晶圆可以是n型的外延通过热沉积在晶片上生长的层以获得更高的质量。在这种制造阶段的晶片由硅晶片制造商送到半导体制造商。

硅润滑钻石锯成晶片。

处理半导体

半导体的加工涉及光刻，通过酸蚀刻制造金属平版印刷板的方法。基于电子雷竞技最新app的电子版本是铜印刷电路板的处理。这是在图中审查的以下作为一个简单的介绍光刻涉及半导体加工。

铜印刷电路板的加工类似于半导体加工的光刻步骤。

我们从层压到上面图中的环氧玻璃纤维板的铜箔开始（a）。我们还需要具有与铜线线和焊盘对应的黑线的正面艺术品，该焊盘将保留在成品板上。由于使用正起抗蚀剂，因此需要正面艺术品。但是，负抗蚀剂可用于电路板和半导体处理。在（b）液体正光致抗蚀剂施加到印刷电路板（PCB）的铜面上。它被允许干燥，可以在烤箱中烘烤。艺术品可能是塑料薄膜积极再现原始艺术品的正繁殖，缩放到所需的尺寸。艺术品在（C）的玻璃板下与电路板接触。电路板暴露于紫外线（d）以形成a潜软化光致抗蚀剂的图像。取出艺术品（e），软化抗蚀剂被碱性溶液（F）洗掉。冲洗和干燥的（烘焙）电路板在铜线和焊盘上具有固化性抗蚀剂图像，蚀刻后仍保持在蚀刻之后。将板浸入蚀刻剂（G）中以除去未通过硬化抗蚀剂保护的铜。冲洗蚀刻板并通过溶剂除去抗蚀剂。

半导体图案的主要不同之处在于，在高温加工过程中，晶圆上的二氧化硅层取代了抗蚀剂。然而，在低温湿法处理中需要抗蚀剂来形成二氧化硅的图案。

下图(a)中的n型掺杂硅片是制造半导体结的起始材料。在高温下(在扩散炉中超过1000摄氏度)，在氧气或水蒸气的存在下，在晶圆顶部生长二氧化硅层(b)。在冷却的晶圆中心加一池电阻，然后在真空吸盘中旋转，均匀分布电阻。烤制的抗蚀剂(c)在(d)硅片上涂有铬的玻璃掩膜。该掩膜包含暴露在紫外线下的窗口图案(e)。

制造硅二极管结。

在除去上图(f)中的掩膜后，可以在碱性溶液中显影(g)，在UV软化的抗蚀剂中打开窗口。该抗蚀剂的目的是保护二氧化硅不受氢氟酸蚀刻(h)的影响，只留下与掩膜开口相对应的打开窗口。剩余的抗蚀剂(i)在返回扩散炉之前从晶圆上剥离。晶圆在高温扩散炉(j)中暴露在气态p型掺杂剂中。掺杂剂仅通过二氧化硅层的开口扩散到硅中。每一次通过开口的p扩散都会产生PN结．如果二极管是所需要的产品，晶圆就会被切割成菱形，并分解成单独的二极管芯片。然而，整个晶圆可以进一步加工成双极结晶体管。

为了将二极管转换成晶体管，需要在现有的p区中间的小n型扩散。使用具有较小开口的掩模重复前一步骤完成此操作。虽然未在图（j）中未示出，但是在P-扩散过程中可能在该步骤中形成氧化物层。在P-扩散上方的氧化物层如下图所示（k）。施加正光致抗蚀剂并干燥（L）。施加玻璃发射器掩模上的铬（M），UV暴露（n）。掩模被移除（O）。用碱性溶液（P）除去发射器开口中的UV软化抗蚀剂。将暴露的二氧化硅用氢氟酸（HF）蚀刻（Q）蚀刻

双极结晶体管的制造，硅二极管结的延续。

从晶圆(r)上剥离未暴露的抗蚀剂后，将其放入扩散炉(如图(s)所示)进行高温处理。n型气体掺杂剂，如氯氧磷(POCl)通过氧化物中的发射器小窗口扩散，这就产生了NPN层，对应于BJT的发射器、基极和收集器。重要的是，n型发射极不能一直通过p型基极驱动，使发射极和集电极短路。发射极和集电极之间的基极区域也需要很薄，这样晶体管就有一个有用的β。否则，一个厚的基极区就可以形成一对二极管而不是一个晶体管。在(t)金属化显示与晶体管区域接触。这需要重复前面的步骤(这里没有显示)通过氧化物的接触开口的掩模。另一次重复使用另一个掩模定义了氧化物顶部的金属化模式，并通过开口与晶体管区域接触。

金属化可以连接众多晶体管和其他组件进入集成电路．但是，仅示出了一个晶体管。完成的晶片是金刚石划线并分成单独的包装模具。精细规格铝线粘合模具上的金属化接触到a领导框架，将联系人带出最终包。

审查：

• 大多数半导体基于超纯硅，因为它形成晶片上的氧化物。这种氧化物可以用光刻图案化，使得可以使复杂的集成电路成为可能。
• 硅的香肠形单晶由Czochralski工艺种植，这些是金刚石锯入晶片。
• 通过光刻法图案化硅晶片类似于图案化铜印刷电路板。将光致抗蚀剂施加到晶片上，通过掩模将其暴露于UV光。抗蚀剂被开发，然后蚀刻晶片。
• 氢氟酸蚀刻在晶片上的保护型二氧化硅中打开窗户。
• 在高温下暴露于气态掺杂剂，产生由二氧化硅层中的开口限定的半导体结。
• 为了获得更多的扩散、接触和金属化，要重复光刻。
• 金属化可以将多个组件互连到集成电路中。

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