晶圓蝕刻與擴(kuò)散是半導(dǎo)體制造中兩個(gè)關(guān)鍵工藝步驟，分別用于圖形化蝕刻和雜質(zhì)摻雜。以下是兩者的工藝流程、原理及技術(shù)要點(diǎn)的詳細(xì)介紹：

一、晶圓蝕刻工藝流程

1. 蝕刻的目的

• 圖形化轉(zhuǎn)移：將光刻膠圖案轉(zhuǎn)移到晶圓表面，形成所需的電路或結(jié)構(gòu)（如金屬線、介質(zhì)層、硅槽等）。
• 材料去除：通過(guò)化學(xué)或物理方法選擇性去除暴露的薄膜或襯底。

2. 蝕刻分類

• 干法蝕刻：依賴等離子體或離子束（如ICP、RIE）。
• 濕法蝕刻：使用化學(xué)腐蝕液（如HF、KOH）。

3. 典型干法蝕刻流程（以ICP為例）

步驟1：裝片與預(yù)處理

• 將晶圓裝載至蝕刻機(jī)腔室，抽真空至高真空狀態(tài)（<10 mTorr）。
• 預(yù)熱：通過(guò)低溫等離子體（如O?）清潔表面有機(jī)物或氧化層。

步驟2：氣體通入與等離子體生成

• 蝕刻氣體：根據(jù)目標(biāo)材料選擇氣體組合：
  • SiO?：CF?/CHF?（氟基氣體）。
  • Si：Cl?/HBr（氯基或溴基氣體）。
  • 金屬（如Al、Cu）：Cl?/BCl?。
• 輔助氣體：Ar（物理轟擊）、O?（促進(jìn)氧化）。
• 等離子體激發(fā)：通過(guò)射頻（RF）電場(chǎng)產(chǎn)生高密度等離子體。

步驟3：偏壓控制與蝕刻

• 偏壓功率：施加高頻（如13.56 MHz）偏壓，加速離子垂直轟擊晶圓表面，實(shí)現(xiàn)各向異性蝕刻。
• 溫度控制：通過(guò)He冷卻或加熱（10-50℃）維持反應(yīng)穩(wěn)定性。

步驟4：終點(diǎn)檢測(cè)（Endpoint Detection）

• 光學(xué)發(fā)射光譜（OES）：監(jiān)測(cè)特征譜線強(qiáng)度變化（如Si的特征峰消失）。
• 射頻信號(hào)監(jiān)測(cè)：檢測(cè)等離子體阻抗變化。

步驟5：清洗與卸片

• 原位清洗：通入O?等離子體去除殘留聚合物。
• 卸片：恢復(fù)常壓后取出晶圓，進(jìn)行后續(xù)清洗。

二、晶圓擴(kuò)散工藝流程

1. 擴(kuò)散的目的

• 摻雜引入：通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散工藝將雜質(zhì)（如硼、磷）引入硅片特定區(qū)域，形成PN結(jié)或電阻層。
• 濃度梯度控制：精確控制雜質(zhì)分布，實(shí)現(xiàn)器件電學(xué)性能設(shè)計(jì)。

2. 擴(kuò)散類型

• 預(yù)沉積（Pre-diffusion）：通過(guò)薄膜沉積（如LPCVD）在晶圓表面形成摻雜源。
• 驅(qū)動(dòng)擴(kuò)散（Drive-in）：高溫下推動(dòng)雜質(zhì)從表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成深度梯度。

3. 典型擴(kuò)散流程（以硼擴(kuò)散為例）

步驟1：表面準(zhǔn)備

• 清洗：使用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗（SC-1、SC-2液）去除有機(jī)物和氧化層。
• 氧化層生長(zhǎng)：通過(guò)濕法氧化（H?O? + H?SO?）生長(zhǎng)薄層SiO?（作為擴(kuò)散掩模）。

步驟2：摻雜源沉積

• 涂覆摻雜劑：
  • 液態(tài)源：涂覆硼酸（H?BO?）溶液，烘干后形成固體薄膜。
  • 氣態(tài)源：通過(guò)CVD（化學(xué)氣相沉積）通入BCl?氣體，分解生成硼原子。

步驟3：預(yù)沉積擴(kuò)散

• 低溫?cái)U(kuò)散：在N?環(huán)境中，700-900℃下使硼原子進(jìn)入硅片表面（深度約100 nm）。
• 掩模作用：SiO?層阻止硼擴(kuò)散，未被掩蔽區(qū)域形成高濃度摻雜區(qū)。

步驟4：驅(qū)動(dòng)擴(kuò)散（可選）

• 高溫推進(jìn)：在惰性氣體（Ar）中升溫至1100-1200℃，推動(dòng)硼原子向硅片內(nèi)部擴(kuò)散，形成更深結(jié)深（如1-2 μm）。
• 濃度梯度控制：通過(guò)時(shí)間調(diào)控實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)分布均勻化。

步驟5：退火與檢測(cè)

• 退火處理：N?環(huán)境下快速退火（RTP），修復(fù)晶格損傷。
• 檢測(cè)：四探針測(cè)試方塊電阻，橢偏儀測(cè)量結(jié)深。