知识拓展

半导体及集成电路的制造工艺

（1）半导体制造

半导体制造业是热门的行业。其主要工艺是拉晶和切片工艺。

1）拉晶工艺。拉晶工艺流程如图1-41所示。

装料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依半导体的N或P型而定，有硼、磷、锑、砷。

化料：将多晶硅原料放入石英坩埚后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持在一定压力范围内，然后接通加热器电源，加热至熔化温度（1420℃）以上，将多晶硅原料熔化。

引晶：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（4～6mm），由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。

放肩：长完细颈之后，需降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。

转肩：转肩前需要根据情况进行预降温。转肩时拉速一般为1.5～3mm/min。

等径：长完细颈和肩部之后，借着不断调整拉速与温度，可使晶棒直径维持在±1mm之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分。

收尾：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么效应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程称为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。

2）切片工艺。切片工艺流程如图1-42所示。

切断：目的是切除单晶硅棒的头部、尾部及超出规格的部分，将单晶硅棒分段成切片设备可以处理的长度，切取试片测量单晶硅棒的电阻率含氧量。

切方：将切断的硅棒按照晶向方向切成准正方形。

外径滚磨：由于单晶硅棒的外径表面并不平整且直径比最终抛光晶片所规定的直径规格大，通过外径滚磨可以获得较为精确的直径。

平边或V形槽处理：指定方位及指定加工，以单晶硅棒上的特定结晶方向平边或V形。

切片：指将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶片。

清洗：在单晶硅片加工过程中很多步骤需要用到清洗，这里的清洗主要是抛光后的最终清洗。清洗的目的在于清除晶片表面所有的污染。

检验：在无尘车间对切好的硅晶片进行各项性能的测试，以保证出厂产品的质量。

（2）集成电路制造

集成电路设计和制造行业是一个非常特殊的高科技行业，工艺流程十分复杂，对加工精度的要求也非常苛刻，半导体产品的测量尺度不是以mm为单位的，而是以nm为单位的（1mm=106nm）。

硅晶片生产流程如图1-43所示。