微电子制造工艺Ch
微电子制造工艺Ch-3
3、冷凝器， 4、回流管， 5、出料口
精馏
还原（氢还原） SiHCl3+H2—1100~1200C→Si+3SiCl4+2H2 还原过程中的各种不完全 反应尾气化合物将影响纯度
2）硅烷法（SiH4） a）合成法： SiCl4+4LiH→SiH4↑+4LiCl b）硅化镁分解法： 2Mg+Si →Mg2Si Mg2Si+4NH4Cl —液NH3→SiH4 ↑ +2MgCl+4NH3
双面抛光（DSP）
7、Identification Marking，Cleaning， Gettering，and Shiping
• 硅片加工流程：
外观整形 测试、定位
子流程：
晶棒粘着 切片 硅片拆卸 清洗、检验
工艺规范: 粘胶配制 粘接温度 固化时间
定向切片
倒角 磨片 抛光 后腐蚀
清洗、包装
impurity Al As B C Cu Fe O P Sb
k0 0.002 0.3 0.8 0.007 4x10-4 8x10-6 1.25 0.35 0.023
3) O、C的控制 来源：？ 检测：FTIR 改善：MCz （P23~25）
通常：O：~1018 cm-3 C：<1017 cm-3 用途: a)绝大多数分离器件(：1~10cm) b)集成电路衬底
2、Cz-Si生长工艺：（19-25页）
工艺控制： 缩颈(Necking)；零位错生长 温度场的分布；（缺陷、杂质、二次热缺陷） 旋转速率；（温度场的均匀、杂质均匀） 提升速率；（直径、缺陷、应力） 弯月面的控制；（生长测控的特征面） 气场的控制；（缺陷、杂质）
冷却过程中的缺 陷；热历史对材 料和以后的器件 性质产生影响。
《微电子学概论》ch4集成电路制造工艺1
消除损伤
退火方式：
炉退火 快速退火：脉冲激光法、扫描电子束等
离子注入视频
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OUTLINE
Pattern Transfer
•Lithography •Etching
Doping
•Diffusion •Ion Implantation
Film Preparation
•Oxidation •Chemical Vapor Deposition
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扩散系统结构图
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固态源扩散系统
固态源扩散：如B2O3、P2O5、BN等
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液态源扩散系统
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气态源扩散系统
扩散视频
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掺杂技术：离子注入
离子注入：将具有很高能量的杂质离子射入半导
体衬底中的掺杂技术，掺杂深度由注入杂质离子
的能量和质量决定，掺杂浓度由注入杂质离子的
Example：
Thin Oxide & Polysilicon Gate
Deposit the Poly (by CVD (Chemical Vapor Deposition)
Deposit a layer of thin oxide
Pattern the poly gate
刻蚀视频
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溅射与离子束铣蚀(Sputtering and Ion Beam Milling)：通过高能惰性气体离子的物理轰击作用刻
蚀，各向异性性好，但选择性较差
等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的
游离基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。 选择性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差
微电子制造工艺流程解析
微电子制造工艺流程解析微电子制造工艺流程是指通过一系列的加工步骤，将原材料转化为微小电子器件的过程。
在这个过程中，需要经过晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻、离子注入等关键步骤，以及其他一些辅助性的工艺步骤。
本文将对微电子制造工艺流程进行详细解析。
一、晶圆制备晶圆制备是微电子制造中的第一步，主要是通过硅材料生长来制备晶圆。
晶圆一般使用单晶硅材料，它具有良好的电性能和机械性能，适合作为微电子器件的基底。
在这一步骤中，需要对硅材料进行去杂、融化、再结晶、拉晶等加工过程，最终得到高质量的单晶硅晶圆。
二、薄膜沉积薄膜沉积是微电子制造中的重要步骤，通过在晶圆表面沉积薄膜来控制电子器件的性能和功能。
常用的薄膜沉积技术包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等。
这些技术可以在晶圆表面沉积各种功能性薄膜，如硅氧化物、金属、半导体等。
三、光刻光刻是一种重要的微电子制造工艺，通过光照和显影的方式，在薄膜表面形成微细的图案。
这个图案将作为后续工艺步骤中蚀刻、离子注入等的参考依据。
光刻通常使用光刻胶来实现，根据需要选择合适的光源和掩膜，通过光刻曝光机进行精确的图案转移。
四、蚀刻蚀刻是一种去除不需要的材料的工艺步骤，通常将薄膜表面的某些区域通过化学或物理方式进行选择性地去除。
常见的蚀刻方式有湿蚀刻和干蚀刻两种。
湿蚀刻使用化学液体进行腐蚀，而干蚀刻则是利用等离子体来实现。
通过蚀刻，可以形成微细的结构，如通道、线路等。
五、离子注入离子注入是一种将外部离子引入器件材料中的工艺步骤。
通过加速器将离子加速到高速，并射入目标材料中，从而改变其电学或物理特性。
离子注入可以用于掺杂、形成pn结、获得特定的电子特性等。
具体的离子注入方式包括浸没注入、离子束注入等。
以上所述的晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻和离子注入等工艺步骤只是微电子制造流程中的一部分，整个流程还包括清洗、测试、封装、探针测试等其他步骤。
每个步骤都需要精细的设备和技术支持，以确保最终制造出的微电子器件具有稳定的性能和可靠的品质。
微电子工艺的流程
微电子工艺的流程
1. 硅片制备：
从高纯度的多晶硅棒开始，通过切割、研磨和抛光等步骤制成具有一定直径和厚度的单晶硅片（晶圆）。
2. 氧化层生长：
在硅片表面生长一层二氧化硅作为绝缘材料，这通常通过热氧化工艺完成。
3. 光刻：
使用光刻机将设计好的电路图案转移到光刻胶上，通过曝光、显影等步骤形成掩模版上的图形。
4. 蚀刻：
对经过光刻处理的硅片进行干法或湿法蚀刻，去除未被光刻胶覆盖部分的硅或金属层，形成所需的结构。
5. 掺杂：
通过扩散或离子注入技术向硅片中添加特定元素以改变其电学性质，如N型或P型掺杂，形成PN结或晶体管的源极、漏极和栅极。
6. 薄膜沉积：
包括物理气相沉积（PVD，如溅射）和化学气相沉积（CVD），用于在硅片上沉积金属互连、导体、半导体或绝缘介质层。
7. 平坦化：
随着制作过程中的多次薄膜沉积，可能需要进行化学机械平坦化（CMP）处理，确保后续加工时各层间的均匀性。
8. 金属化与互联：
制作金属连线层来连接不同功能区，通常采用铝、铜或其他低电阻金属，并利用过孔实现多层布线之间的电气连接。
9. 封装测试：
完成所有芯片制造步骤后，对裸片进行切割、封装以及质量检测，包括电气性能测试、可靠性测试等。
简述微电子封装基本工艺流程
简述微电子封装基本工艺流程微电子封装听起来是不是特别高大上呀？其实呀，它的基本工艺流程就像一场奇妙的旅行呢。
一、芯片制备。
这可是整个微电子封装旅程的起点哦。
芯片的制备就像是精心打造一颗超级微小又无比强大的“心脏”。
先从硅晶圆开始，这个硅晶圆就像是一块神奇的“地基”，要在上面进行超级精细的加工。
比如说光刻啦，光刻就像是在硅晶圆上画画，不过这个画笔超级精细，能画出只有纳米级别的图案呢。
然后还有蚀刻，蚀刻就像是把不需要的部分去掉，只留下我们想要的电路图案。
这一道道工序就像打造艺术品一样，每一步都得小心翼翼，稍微出点差错，这颗“心脏”可能就不那么完美啦。
二、芯片贴装。
芯片做好了，接下来就要把它安置到合适的地方啦，这就是芯片贴装环节。
这时候就像给芯片找一个温暖的“小窝”。
通常会用到一些特殊的材料，比如黏合剂之类的。
把芯片稳稳地粘在封装基板上，这个过程可不能马虎哦。
要保证芯片和基板之间的连接非常牢固，就像盖房子时把柱子稳稳地立在地基上一样。
如果贴装得不好，芯片在后续的使用过程中可能就会出问题，就像房子的柱子不稳，那房子可就危险啦。
三、引线键合。
这可是个很有趣的环节呢。
它就像是在芯片和封装基板之间搭建起一座座“小桥”。
通过金属丝，比如说金线之类的，把芯片上的电极和封装基板上的引脚连接起来。
这个过程就像绣花一样精细，要把每一根金属丝都准确无误地连接好。
想象一下，那么多微小的连接点，就像在微观世界里编织一张精密的网。
如果有一根金属丝连接错了或者没连接好，那信号可就不能正常传输啦，就像桥断了，路就不通了呀。
四、灌封。
灌封就像是给整个芯片和连接部分穿上一层保护“铠甲”。
会用一些特殊的封装材料，把芯片、金属丝这些都包裹起来。
这个封装材料就像一个温柔的“保护罩”，它能防止芯片受到外界的干扰，比如湿气啦、灰尘啦之类的。
就像给我们珍贵的东西放在一个密封的盒子里一样，让它在里面安安稳稳的。
而且这个保护罩还能起到一定的散热作用呢，芯片在工作的时候会发热，如果热量散不出去，就像人在一个闷热的房间里一样，会很不舒服，时间长了还会出问题呢。
微电子制造工艺技术研究
微电子制造工艺技术研究第一章绪论微电子制造工艺技术是指设计和制造微观器件工艺过程所使用的技术，是现代电子技术的基础之一。
具体来说，它是在非常微小的空间内，在一些半导体物质上施加特定的加工过程来制造集成电路和其他微型电子元件的技术。
微电子制造工艺技术的研究和发展已经成为电子工程领域的重要组成部分。
随着科技的不断进步，尤其是微电子技术的飞速发展，现代电子设备不仅越来越小，而且越来越智能化。
在这个过程中，微电子制造工艺技术发挥了不可替代的作用。
第二章微电子器件制造工艺技术微电子器件制造工艺技术是指制造微型电子器件所使用的技术。
它的目的是不断减少、集成电路的尺寸和功耗，以提供更强大和更高效的计算机。
现代微电子器件制造工艺技术主要包括以下几个方面：1.半导体制造技术半导体器件的制造是微电子制造工艺技术的核心之一。
半导体器件的制造反映了这项技术的发展和进步。
半导体制造工艺技术大致可分为晶圆制造和器件制造两个阶段。
晶圆制造包括制造单晶硅、掩模、光刻和清洗等过程，器件制造则包括刻蚀、沉积和局部氧化等过程。
2.集成电路制造技术集成电路制造技术是指将各种电子元器件集成成一块芯片的技术，具有体积小、能耗低、速度快等特点。
现代集成电路制造技术的研究主要涉及材料、设计、制造和测试等方面。
其中，最常见的集成电路制造技术是CMOS制造工艺技术。
3.微机电系统（MEMS）制造技术微机电系统是一种将微操作器和机械系统结合起来以便执行各种功能的技术。
在微机电系统中，机械器件和电子器件被制造成一个整体，以实现非常小型化的系统和设备。
MEMS制造技术主要包括电子束光刻、LIGA工艺和精密光刻等。
第三章微电子器件测试技术微电子器件测试技术是指对微电子器件进行测试的技术。
这些测试通常涉及到电特性、形状、寿命等多个方面。
现代微电子器件测试技术主要包括以下几个方面：1.参数测试参数测试是指通过外部电压或电流将微电子器件带入不同的工作区间，以便评估其电学性能。
《微电子制造工艺》课程教学大纲
《微电子制造工艺》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：微电子制造工艺所属专业：微电子科学与工程课程性质：专业必修课学分： 4（二）课程简介、目标与任务；本课程作为微电子科学与工程专业的专业必修课，是半导体制造工艺的基础。
主要介绍半导体制造相关的全部基础技术信息，以及制造厂中的每一道制造工艺，包括硅片氧化，淀积，金属化，光刻，刻蚀，离子注入和化学机械平坦化等内容。
该课程的目的使学生了解产业变化历史中的所有工艺和设备，以及每道具体工艺的技术发展的现状及发展趋势。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；上本课程之前或者同时应了解半导体物理的相关知识，以便为本课程打下基础；同时本课程又是集成电路分析与设计，以及微电子制造工艺专业实验及实习的基础。
（四）教材与主要参考书。
本课程所使用的教材是《半导体制造技术》，Michael Quirk, Julian Serda著，韩郑生等译，电子工业出版社。
主要参考书：《半导体器件物理与工艺》施敏苏州大学出版社《硅集成电路工艺基础》陈力俊复旦大学出版社《芯片制造－半导体工艺制程实用教程》电子工业出版社《集成电路制造技术-原理与实践》电子工业出版社《超大规模集成电路技术基础》电子工业出版社《半导体器件基础》电子工业出版社《硅集成电路工艺基础》北京大学出版社二、课程内容与安排第一章半导体产业介绍（3学时）第二章半导体材料特性（3学时）第三章器件技术（3学时）第四章硅和硅片制备（5学时）第五章半导体制造中的化学品（3学时）第六章硅片制造中的玷污控制（3学时）第七章测量学和缺陷检查（3学时）第八章工艺腔内的气体控制（3学时）第九章集成电路制造工艺概况（5学时）第十章氧化（6学时）第十一章淀积（5学时）第十二章金属化（5学时）第十三章光刻：气相成底膜到软烘（4学时）第十四章光刻：对准和曝光（4学时）第十五章光刻：光刻胶显影和先进的光科技术（4学时）第十六章刻蚀（5学时）第十七章离子注入（4学时）第十八章化学机械平坦化（4学时）（一）教学方法与学时分配采用多媒体课件与板书相结合的课堂教学方法，基于学生便于理解接受的原则，对不同讲授内容给予不同方式的侧重。
微电子制造工艺技术
微电子制造工艺技术微电子制造工艺技术是指用于制造微电子器件的一系列工艺技术，主要包括光刻、薄膜沉积、离子注入、蚀刻和扩散等步骤。
这些工艺技术在现代电子器件制造中起着至关重要的作用，直接影响着微电子器件的性能和可靠性。
首先，光刻是微电子制造中的关键步骤之一。
它通过使用光刻胶和光刻机等设备，在硅片表面上形成微细的图案。
光刻胶光敏剂的遮蔽能力和图案的精度决定了光刻的质量。
光刻的目标是将芯片上的微米级图案转移到硅片上，以创建集成电路的不同功能区域。
其次，薄膜沉积是微电子制造过程中不可或缺的步骤之一。
它通过在硅片表面上沉积各种材料薄膜，例如金属、氧化物和多晶硅等，来实现各种电子器件所需的结构和功能。
薄膜的质量和厚度均匀性对器件的性能和可靠性起着重要作用。
离子注入是一种常用的微电子制造工艺技术，它用于调节硅片的电学性能。
通过将离子注入硅片，可以改变硅片的电导率和掺杂浓度，从而实现不同类型的电子器件的制造。
离子注入的精度和均匀性是确保器件性能一致性的关键因素。
蚀刻技术在微电子制造中也起着重要作用。
它通过使用蚀刻液将不需要的材料从硅片上去除，以形成所需的结构和图案。
蚀刻的选择性和精度对器件的性能和可靠性有着重要的影响。
最后，扩散是微电子制造中的一种关键工艺技术。
它通过在硅片表面扩散掺杂物，例如硼和磷等，来改变硅片的导电性能。
扩散的时间和温度控制非常重要，以确保所得到的电子器件具有一致的性能。
总结起来，微电子制造工艺技术是实现集成电路制造的基础。
它们的精度、均匀性和可重复性对微电子器件的性能和可靠性具有重要影响。
随着微电子技术的不断发展，对工艺技术的要求也越来越高。
因此，不断改进和创新微电子制造工艺技术，提高制造效率和器件性能，是当前微电子制造领域面临的重要挑战。
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1820
Thermal conductivity (W/cmK) 0.65
Si
GaAs GaP 4H-SiC 6H-SiC
1.12 1.43 2.26 3.26 3.03
500 600
1500 1500
0.25 0.4
1.0
2.4
2.2
~1107 ~1107 ~1107 2.0107 2.0107
1400 8500 350 600
– GaAs，高频、微波器件、发光 – InP, 高频、微波器件、发光 – GaP，发光 – Ge1-xSix，高频异质结材料 – SiC，高温、高频、高压、大功率器件材料
– GaN，ZnO, 蓝光材料和深紫外探测 – AlxGa1-xAs， 发光 – HgCdTe、PbSnTe，长波红外探测 – 各种超晶格材料，（能带工程） – 磁性、超导、有机半导体和生物半导体 – 自旋半导体(MnxGa1-xAs)
– GaAs:
• 1）GaAs =60=0=°=C Ga+As
• 2) 在室温下一般不与HCl、H2SO4、 HF • 3）与热HCl、H2SO4反应 • 与浓HNO3反应 • H2SO4+H2O2是常用的GaAs腐蚀液 • 4) 与卤素Cl2、Br2或I2（在甲醇等有机溶剂中） • 反应
• Physical Properties Related to the Devices
Table 1-1. Comparison of important semiconductor properties.
Propertiy
Ge
Bandgap (eV) at 300K (RT)
0.67
Maximum operating
此外还有对双极开关器件的Keyes因子 F2 VS /r 为热导率；低频单极器件的Baliga因子 F3 rEC3 高频单极器件的Baliga因子 F4 EC2
R.W.Keyes,Proc.IEEE,60(2),1972,225; B.J.Baliga,IEEE Electron Device Lett., EDL-2,1981, 162-164
♣在正向偏置VF时，耗尽 区（势垒区）电场减小， 扩散电流大于漂移电流而 形成净的正向电流；当 VF>VD时，扩散电流与漂 移电流同方向正向电流加 大，pn结导通。
♣反向偏置VR时，耗尽区 宽度（势垒）加大，扩散 被阻止，耗尽区无载流子 即无漂移电流。
♣事实：IR=I漏=I产生+I场发射
如ory)
Breakdown electric field (106 V/cm)
Saturated electron
Drift velocity (cm/sec)
Electron mobility (RT) (cm2/Vs) 3800
Hole mobility (RT) (cm2/Vs)
如何选择材料？-3(热品质因子）
工作温度！
Q1 r EC3 Q2 r EC4
Q3 r EC3
如何选材？
能带结构！ 材料可生长性！缺陷（含界面）的可控性！ 可氧化性！可掺杂性！
• 半导体材料的主要物理参数
–固有物理参数：
• 晶体结构（类型、晶格常数等） • 能带结构（直接/间接、子能谷等） • 熔点、膨胀系数 • 介电常数、临界电场、饱和漂移速率等 • 迁移率（晶格散射）
• 与器件工艺有关的化学特性
– Si:
• 常温下：
• 1) 一般不溶于各种酸
• 2) Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+H2
• 3) Si+4HNO3 SIO2+4NO2 +2H2O
•
SiO2+6HF H2[SiF6]+2H2O
• 即：Si+4HNO3 +6HF H2[SiF6]+ 4NO2 + 4H2O
600
500 400 100 40
40
1.4
0.55 1.1
3.7
3.6
禁带宽度、最高工作温度、击穿（临界）电场、 饱和漂移速度（电子/空穴）、迁移率（电子/空穴）、热导率
反正 偏偏
p型
n型
扩散→复合
Xp
Xn
自建电场=VD/(Xp+Xn)，VD为pn结接触电势
♣耗尽区宽度：Xp、Xn
♣非均匀分布导致扩散，并 形成扩散电流Id。受主和施 主离子形成自建电场；电 场阻止载流子扩散（载流 子在电场中形成与扩散电 流相反的漂移电流），最 后达到动态平衡，总电流 为0。
Chapter 2：Properties of Semiconductor Materials
• 主要内容
– 多种常见半导体材料的基本特性和用途 – 常见材料的基本物理和化学性质 – 主要材料的基本结构参数及测量
• 2.1 常见的半导体材料及其物理和化学性质
– 2.1.1 常见的半导体材料
– Se， 最早期的半导体之一，硒整流器，硒光 电池、光敏硒鼓; (已经很少用）
频率!
fT
1
2
VS
2L
电压!
Um L
EC
因而有
Um fT
ECVS
2
频率—电流!
Icm Ccm
ECVS
频率—功率!
IcmUm fT EC2VS2
Ccm
2
如何选择材料？-2（材料品质因子）
Johnson因子F1=ECVS
E.O.Johnson, RCA Review, 26(6), 1965, 163-177
– Ge, 早期的半导体，射线探测器； （昂贵） – Si, 最重要的半导体，除发光以外的所有半导
体器件，（IC，分离器件，敏感器件， MEMS） – a-Si（amorphous），太阳能电池，应用薄膜 – Porous Si，发光
– C（金刚石）, 潜在的高温、高频、高压、大 功率器件材料
– C60 – 纳米碳管
–可变物理参数：
• 导电类型与电阻率 • 迁移率（电离散射） • 少数载流子寿命
• 半导体工业常用的其它材料
–(硅器件)：
• 结构材料： 二氧化硅、多晶硅等
• 参杂材料（施主/受主、复合中心）： 磷、硼、砷、金等
• 接触与连线材料（肖特基接触、欧姆接触、复合接 触、连线）： 铝、金、镍、铜、钛、钨及其氧化物等
• 3） 与Cu+2, Cr+2等金属离子发生置换反应
•
（抛光工艺）
• 高温下： • 1） Si+2Cl2=12=00=°=C=SiCl4
• Si+HCl4 SiCl4+SiHCl3+SiH2Cl2+…+SiH4 • 2) Si+O21=0=50=~1=1=50=°=C=SiO2 • 3) Si+H2O1=0=50=~1=1=50=°=C=SiO2+H2