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3.金属有机物气相外延生长
（MOVPE: Metalorganic Vapor Phase Epitaxy）
III-V材料的MOVPE中，所需要生长的III， V族元素的源材料以气体混和物的形式 进入反应炉中已加热的生长区里，在 那里进行热分解与沉淀反应。 MOVPE与其它VPE不同之处在于它是一 种冷壁工艺，只要将衬底控制到一定 温度就行了。
MBE的不足之处在于产量低。
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英国VG Semicom公司型号为V80S-Si的MBE设备关键部分照片
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➢ 关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂PDK， 挖掘工艺潜力。
3.1 外延生长 3.2 掩膜制作
3.3 光刻原理与流程
3.4 氧化
3.5 淀积与刻蚀
3.6 掺杂原理与工艺
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IC、Mask & Wafer
图3.2
Wafer2020/9/27源自15整版和接触式曝光
在这种方法中, 掩膜和晶圆是一样大小的. 对 应于3”8”晶圆, 需要3”8”掩膜. 不过晶 圆是圆的, 掩膜是方的 这样制作的掩膜图案失真较大, 因为版图画在 纸上, 热胀冷缩, 受潮起皱, 铺不平等 初缩时, 照相机有失真 步进重复照相, 同样有失真 从mask到晶圆上成像, 还有失真
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2.气相外延生长
(VPE: Vapor Phase Epitaxy)
VPE是指所有在气体环境下在晶体表面进行外延生长的 技术的总称。在不同的VPE技术里，卤素(Halogen)传递 生长法在制作各种材料的沉淀薄层中得到大量应用。任 何把至少一种外延层生成元素以卤化物形式在衬底表面 发生卤素析出反应从而形成外延层的过程都可归入卤素 传递法，它在半导体工业中有尤其重要的地位（卤化反 应）。用这种方法外延生长的基片，可制作出很多种器 件，如GaAs，GaAsP，LED管，GaAs微波二极管，大 部分的Si双极型管，LSI及一些MOS逻辑电路等。
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4.分子束外延生长
(MBE: Molecular Beam Epitaxy)
MBE在超真空中进行，基本工艺流程包含产生 轰击衬底上生长区的III，V族元素的分子束等。 MBE几乎可以在GaAs基片上生长无限多的外延 层 。 这 种 技 术 可 以 控 制 GaAs，AlGaAs 或 InGaAs上的生长过程，还可以控制掺杂的深 度和精度达到纳米极。经过MBE法，衬底在垂 直方向上的结构变化具有特殊的物理属性。
第3章 IC制造工艺
➢ 关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂PDK， 挖掘工艺潜力。
3.1 外延生长 3.2 掩膜制作
3.3 光刻原理与流程
3.4 氧化
3.5 淀积与刻蚀
3.6 掺杂原理与工艺
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3.1 外延生长(Epitaxy)
外延生长的目的
半导体工艺流程中的基片是抛光过的晶圆基片,直径 在50到300mm(2-12英寸)之间,厚度约几百微米.
单片版通常把实际电路放大5或10倍，故称 作5X或10X掩膜。这样的掩膜上的图案仅对 应着基片上芯片阵列中的一个单元。上面的 图案可通过步进曝光机映射到整个基片上。
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早期掩膜制作方法：
人们先把版图(layout)分层画在纸上, 每一层 掩膜有一种图案。 画得很大, 5050 cm2 或 100100cm2, 贴在墙上, 用照相机拍照。 然后 缩 小 1 0 2 0 倍 , 变 为 5 52.5x2.5 cm2 或 101055 cm2的精细底片。 这叫初缩。 将初缩版装入步进重复照相机, 进一步缩小到 22 cm2或3.53.5 cm2, 一步一幅印到铬(Cr)板 上, 形成一个阵列。
不同的外延工艺可制出不同的材料系统.
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1.液态生长(LPE: Liquid Phase Epitaxy)
LPE意味着在晶体衬底上用金属性的溶液形成一 个薄层。在加热过的饱和溶液里放上晶体,再把溶 液降温,外延层便可形成在晶体表面。原因在于溶 解度随温度变化而变化。
LPE是最简单最廉价的外延生长方法.在III/IV族化 合物器件制造中有广泛的应用.但其外延层的质量 不高.尽管大部分AlGaAs/GaAs和InGaAsP/InP器件 可用LPE来制作, 目前, LPE逐渐被VPE, MOVPE （金属有机物）, MBE(分子束）法代替.
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什么是掩膜？
掩膜是用石英玻璃做成的均匀平坦的薄 片，表面上涂一层600800nm厚的Cr层， 使其表面光洁度更高。称之为铬板，Cr mask。
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整版及单片版掩膜
整版按统一的放大率印制，因此称为1X掩膜。 这种掩膜在一次曝光中，对应着一个芯片阵 列的所有电路的图形都被映射到基片的光刻 胶上。
尽管有些器件和IC可以直接做在未外延的基片上,但 大多数器件和IC都做在经过外延生长的衬底上.原因 是未外延过的基片性能常常不能满足要求.外延的目 的是用同质材料形成具有不同的掺杂种类及浓度,因 而具有不同性能的晶体层.外延也是制作不同材料系 统的技术之一. 外延生长后的衬底适合于制作有各 种要求的器件与IC,且可进行进一步处理.
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3.2 掩膜(Mask)的制版工艺
1. 掩膜制造
从物理上讲,任何半导体器件及IC都是一系列互 相联系的基本单元的组合,如导体,半导体及在基 片上不同层上形成的不同尺寸的隔离材料等。要 制作出这些结构需要一套掩膜。一个光学掩膜通 常是一块涂着特定图案铬薄层的石英玻璃片，一 层掩膜对应一块IC的一个工艺层。工艺流程中需 要的一套掩膜必须在工艺流程开始之前制作出来。 制作这套掩膜的数据来自电路设计工程师给出的 版图。
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Si基片的卤素生长外延
在一个反应炉内的SiCl4/H2系统中实现：在 水平的外延生长炉中，Si基片放在石英管中 的石墨板上，SiCl4，H2及气态杂质原子通过 反应管。在外延过程中，石墨板被石英管周 围的射频线圈加热到1500-2000度，在高温 作用下，发生SiCl4+2H2Si+4HCl 的反应， 释放出的Si原子在基片表面形成单晶硅，典 型的生长速度为0.5~1 m/min.
