第四章 芯片制造概述
概述 本章将介绍基本芯片生产工艺的概况,
主要阐述 4中最基本的平面制造工艺, 分别是：
薄膜制备工艺 掺杂工艺 光刻工艺 热处理工艺
薄膜制备 是在晶体表面形成薄膜的加工工艺 。
图 4.4是 MOS晶体管的剖面图, 可以看出上面有
钝化层 (Si3N4,Al2O3),金属膜 (Al),氧化层 (SiO2)
制备这些薄膜的材料有：半导体材料 （ Si、
GaAs等 ）, 金属材料 （ Au,Al等 ）, 无机绝缘
材料 （ SiO2, Si3N4, Al2O3 等 ）, 半绝缘材料
（ 多晶硅, 非晶硅等 ） 。
生长工艺如图所示 。 其中 蒸发工艺, 溅射 等
可看成是 直接生长法 ------以源直接转移到衬底上
形成薄膜；其它则可看成是 间接生长法 -----制备
薄膜所需的原子或分子, 由含其组元的化合物,
通过氧化, 还原, 热分解等反应而得到 。
淀积
钝化层
淀积
金属膜
生长
氧化层
N N
P
增层的制程
生长法 淀积法
氧化工艺 化学气相淀积工艺
氮化硅工艺 蒸发工艺
溅射
薄膜分类 /工艺与材料的对照表
层别
热氧化
工艺
化学气相
淀积工艺 蒸发工艺 溅射工艺
绝缘层
二氧化硅
二氧化硅
氮化硅
二氧化硅
一氧化硅
半导体层 外延单晶硅
多晶硅
导体层 铝
铝 硅合金/
铝铜合金
镍铬铁合金
黄金
钨
钛
钼
铝 硅合金/
铝铜合金
光刻 利用光刻胶的 感光性 和 耐蚀性, 在各种薄膜
上 复印 并 刻蚀 出与掩摸版完全对应的几何图形 。
以实现选择性掺杂和金属膜布线的目的 。 是一种
非常精细的表面加工技术, 在器件生产过程中广
泛应用, 因此光刻精度和质量将直接影响器件的
性能指标, 同时也是影响制造成品率和可靠性的
重要因素 。 光刻过程如图 4.7所示 。
有薄膜的晶圆
光刻制程 正胶工艺 开孔 -
或
负胶工艺 留岛 -
掺杂 人为地将所需要的
杂质以一定的方式 （ 热扩
散, 离子注入 ） 掺入到硅
片表面薄层, 并使其达到
规定的数量 和符合要求的
分布形式, 是改变器件
,丛向, 结构的重要手段,
不仅可以制造 PN结, 还
可以制造电阻, 互连线等 。
和外延掺杂的最大区别是
实现, 定域,, 而不是大
面积的均匀掺杂 。 如图
4.9所示 。
热扩散
离子源
离子注入
图 4.9 晶片表面的 N型和 P型掺杂区的构成
有氧化膜
的晶圆
掺杂的 型 N
和 型区域P
热处理 热处理是简单地将硅片加热和冷却来达
到特定结果的一个工艺，在热处理过程中，在晶
园上不但没有增加或减去任何物质，反而会有一
些污染物和水气从晶园上蒸发。
实际上这个工艺主要是针对离子注入的，因
为离子注入后注入离子会在晶体内部产生很多缺
陷，必须通过退火才能给予消除 。
典型 VLSI规模两层金属集成电路结构的剖面图
内连接
平坦化
的氧化层
场氧化层
多晶硅
功能区
:, 插塞钨 M 1 = 一层金属第 M 2 = 二层金属第
内连接
多晶硅
集成电路多层布线结构图
概述 本章将介绍基本芯片生产工艺的概况,
主要阐述 4中最基本的平面制造工艺, 分别是：
薄膜制备工艺 掺杂工艺 光刻工艺 热处理工艺
薄膜制备 是在晶体表面形成薄膜的加工工艺 。
图 4.4是 MOS晶体管的剖面图, 可以看出上面有
钝化层 (Si3N4,Al2O3),金属膜 (Al),氧化层 (SiO2)
制备这些薄膜的材料有：半导体材料 （ Si、
GaAs等 ）, 金属材料 （ Au,Al等 ）, 无机绝缘
材料 （ SiO2, Si3N4, Al2O3 等 ）, 半绝缘材料
（ 多晶硅, 非晶硅等 ） 。
生长工艺如图所示 。 其中 蒸发工艺, 溅射 等
可看成是 直接生长法 ------以源直接转移到衬底上
形成薄膜；其它则可看成是 间接生长法 -----制备
薄膜所需的原子或分子, 由含其组元的化合物,
通过氧化, 还原, 热分解等反应而得到 。
淀积
钝化层
淀积
金属膜
生长
氧化层
N N
P
增层的制程
生长法 淀积法
氧化工艺 化学气相淀积工艺
氮化硅工艺 蒸发工艺
溅射
薄膜分类 /工艺与材料的对照表
层别
热氧化
工艺
化学气相
淀积工艺 蒸发工艺 溅射工艺
绝缘层
二氧化硅
二氧化硅
氮化硅
二氧化硅
一氧化硅
半导体层 外延单晶硅
多晶硅
导体层 铝
铝 硅合金/
铝铜合金
镍铬铁合金
黄金
钨
钛
钼
铝 硅合金/
铝铜合金
光刻 利用光刻胶的 感光性 和 耐蚀性, 在各种薄膜
上 复印 并 刻蚀 出与掩摸版完全对应的几何图形 。
以实现选择性掺杂和金属膜布线的目的 。 是一种
非常精细的表面加工技术, 在器件生产过程中广
泛应用, 因此光刻精度和质量将直接影响器件的
性能指标, 同时也是影响制造成品率和可靠性的
重要因素 。 光刻过程如图 4.7所示 。
有薄膜的晶圆
光刻制程 正胶工艺 开孔 -
或
负胶工艺 留岛 -
掺杂 人为地将所需要的
杂质以一定的方式 （ 热扩
散, 离子注入 ） 掺入到硅
片表面薄层, 并使其达到
规定的数量 和符合要求的
分布形式, 是改变器件
,丛向, 结构的重要手段,
不仅可以制造 PN结, 还
可以制造电阻, 互连线等 。
和外延掺杂的最大区别是
实现, 定域,, 而不是大
面积的均匀掺杂 。 如图
4.9所示 。
热扩散
离子源
离子注入
图 4.9 晶片表面的 N型和 P型掺杂区的构成
有氧化膜
的晶圆
掺杂的 型 N
和 型区域P
热处理 热处理是简单地将硅片加热和冷却来达
到特定结果的一个工艺，在热处理过程中，在晶
园上不但没有增加或减去任何物质，反而会有一
些污染物和水气从晶园上蒸发。
实际上这个工艺主要是针对离子注入的，因
为离子注入后注入离子会在晶体内部产生很多缺
陷，必须通过退火才能给予消除 。
典型 VLSI规模两层金属集成电路结构的剖面图
内连接
平坦化
的氧化层
场氧化层
多晶硅
功能区
:, 插塞钨 M 1 = 一层金属第 M 2 = 二层金属第
内连接
多晶硅
集成电路多层布线结构图
