晶圆到芯片的工艺流程

1.湿洗用各种化学试剂保持硅晶圆表面没有杂质2.光刻用紫外线透过【蒙版】照射硅晶圆 
被照到的地方就会容易被清洗掉 
没有被照射到的地方就会保持原样 
于是就可以在硅晶圆上面刻出来想要的图案了 
注意 
这个时候还没有加入【杂质】 
依然是一个硅晶圆3.离子注入在硅晶圆不同的位置加入不容的杂质 
不容杂质根据浓度和位置的不同就组成了 
【场效应管】4.蚀刻4.1干蚀刻之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的， 
而是为了离子注入而蚀刻的。 
现在就要用等离子把它们清洗掉。 
或者是 
光刻时候先不需要刻出来的结构， 
这一步进行蚀刻 
4.2 湿蚀刻进一步地洗掉不需要的部分 
但是用的是试剂 
所以叫湿蚀刻

以上步骤完成后 
【场效应管】就已经被做出来了。 
但是以上步骤一般都不止做一次 
很可能需要反反复复地做， 
以达到要求。

5.等离子冲洗用较弱的等离子束轰击整个芯片6.热处理6.1快速热退火 
就是用大功率灯照射整个片子 
让它瞬间达到1200摄氏度以上 
然后慢慢冷却下来 
目的是为了让注入的离子能够更好地【被启动】或者【热氧化】 
6.2 退火 
6.3 热氧化 
制造出【二氧化硅】 
也就是场效应管的【栅级】(gate).7.化学气相淀积(CVD=Chemical Vapor Deposition)进一步精细处理表面的各种物质8.物理气相淀积(PVD=Physical Vapor Deposition)进一步精细处理表面的各种物质 
而且，可以给敏感部件加【涂层】(coating)9.分子束外延(MBE=Molecular beam epitaxy)如果需要长单晶的话，就需要这个。

10.电镀处理

11.化学和机械表面处理

12.晶圆测试

13.晶圆打磨

接下来就可以封装出厂了。

2. P型半导体和N型半导体

2.1 P型半导体

也称为空穴型半导体。 
P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。

半导体中有两种【载流子】 
导带中的电子和价带中的空穴。

如果某一类型半导体的导电性主要依靠价带中的空穴， 
则该类型的半导体就称为P型半导体。 
“P”表示正电的意思， 
取自英文Positive的第一个字母。 
在这类半导体中， 
参与导电的 (即电荷载体) 主要是带正电的空穴， 
这些空穴来自半导体中的受主。 
因此凡掺有受主杂质或受主数量多于施主数量的半导体都是P型半导体。 
例如，含有适量三价元素硼、铟、镓等的锗或硅等半导体就是P型半导体。 
由于P型半导体中正电荷量与负电荷量相等， 
故P型半导体呈电中性。 
空穴主要由杂质原子提供， 
自由电子由【热激发】形成。 
掺入的杂质越多， 
多子（空穴）的浓度就越高， 
导电性能就越强。

要产生较多的空穴浓度就需依赖掺杂或缺陷。 
在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼）， 
使之取代晶格中硅原子的位置， 
就形成P型半导体。

1. 对于Ⅳ族元素， 
   半导体(锗、硅等)需进行Ⅲ族元素的掺杂;

2. 对于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体(如砷化镓)， 
   常用掺杂Ⅱ族元素来提供所需的空穴浓度;

3. 在离子晶体型氧化物半导体中， 
   化学配比的微量偏移可造成大量电载荷流子， 
   氧量偏多时形成的缺陷可提供空穴， 
   Cu2O、NiO、VO2等均是该类型的P型半导体， 
   且当它们在氧压中加热后， 
   空穴浓度将随之增加. 
   上述能给半导体提供空穴的掺杂原子或缺陷，均称受主。

2.2 N型半导体

也称为电子型半导体。 
N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。

特点 
半导体中有两种载流子， 
即价带中的空穴和导带中的电子， 
以电子导电为主的半导体称之为N型半导体， 
与之相对的， 
以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。 
“N”表示负电的意思， 
取自英文Negative的第一个字母。 
在这类半导体中， 
参与导电的 (即导电载体) 主要是带负电的电子， 
这些电子来自半导体中的施主。 
凡掺有施主杂质或施主数量多于受主的半导体都是N型半导体。 
例如，含有适量五价元素砷、磷、锑等的锗或硅等半导体。 
由于N型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故N型半导体呈电中性。 
自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。 
掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。

形成原理 
掺杂和缺陷均可造成导带中电子浓度的增高.

1. 对于锗、硅类半导体材料，掺杂Ⅴ族元素(磷、砷、锑等)， 
   当杂质原子以替位方式取代晶格中的锗、硅原子时， 
   可提供除满足共价键配位以外的一个多余电子， 
   这就形成了半导体中导带电子浓度的增加， 
   该类杂质原子称为施主.

2. Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的施主往往采用Ⅳ或Ⅵ族元素.

3. 某些氧化物半导体，如ZnO、Ta2O5等， 
   其化学配比往往呈现缺氧， 
   这些氧空位能表现出施主的作用， 
   因而该类氧化物通常呈电子导电性， 
   即是N型半导体， 
   真空加热， 
   能进一步加强缺氧的程度， 
   这表现为更强的电子导电性。

3. 图解工艺流程

◇ 1. 【湿洗】

上面是氧化层，下面是衬底，衬底是硅。

◇ 2. 【离子注入】

一般来说 
先对整个衬底注入少量的【P型物质】 
注入量大概是1010 ~ 1013/cm3

◇ 3. 【光刻】

先加入photeresist(光致抗蚀剂; 光阻材料)， 
保护住不想被蚀刻的地方 
光阻剂是通过紫外线照射溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料

◇ 4. 【光刻】

上掩膜,就是那个标注Cr的地方， 
中间空的表示没有遮盖光阻材料 
黑的表示遮盖住了光阻材料 
glass是玻璃

◇ 5.【光刻】

用紫外线照射， 
没有被掩膜遮盖的光阻材料就被反应掉了

◇ 6. 【光刻】

撤掉掩膜，就是如下图所示

◇ 7. 【光刻】

把暴露出来的氧化层洗掉， 
漏出硅层， 
方便进行离子注入

◇ 8. 【光刻】

把光阻材料保护层撤掉 
如下图所示 
这就是一个准备进行离子注入的硅片 
这一步会反复在硅片上进行几十次甚至上百次

◇ 9. 【离子注入】

光刻完毕后, 
往硅层当中狠狠地插入一块注入的N型物质 
少量的。(1014 ~ 1016 /cm3) 
就做成了一个N-well (N-井)

◇ 10. 【干蚀刻】

用干蚀刻把需要P-well的地方也蚀刻出来. 
也可以再次使用光刻刻出来.

◇ 11. 【热处理】

将P-型半导体上部再次氧化出一层薄薄的二氧化硅(图中灰色部分).

◇ 12. 【分子束外延】

用分子束外延处理 
长出的一层多晶硅 
该层可导电(图中的绿色部分) 
分子束外延是一种外延制膜方法 
也是一种特殊的真空镀膜工艺

◇ 13. 【光刻+湿蚀刻】

进一步地蚀刻， 
做出精细的结构 
(在退火以及部分CVD-化学气相淀积) 
重复3-8次

◇ 14. 【离子注入】

再次狠狠地插入大量(1018 ~ 1020 / cm3) 注入的P/N型物质, 
此时注意MOSFET已经基本成型

MOSFET=Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor 
金属氧化层半导体场效应晶体管

◇ 15. 【化学气相淀积】

用气相积淀 形成的氮化物层(图中深灰色部分)

◇ 16. 【光刻+湿蚀刻】

将氮化物蚀刻出沟道

◇ 17. 【物理气相淀积】

物理气相积淀长出金属层 (图中黑色部分)

◇ 18. 【光刻 + 湿蚀刻】

将多余金属层蚀刻. 
重复 17-18 长出每个金属层 
图中OX是氧化层 
浅灰色是氮层 
黑色是金属层 
绿色是单晶硅(导电)

最开始那个芯片, 大小大约是1.5mm x 0.8mm