半导体制造工艺培训课程(56页)
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半导体制造工艺过程培训课件.pptx
光刻与刻蚀
• 干法刻蚀：利用等离子体将不要的材料去除（亚微 米尺寸下刻蚀器件的最主要方法）。
• 干法刻蚀种类很多，如光挥发、气相腐蚀、等离子 体腐蚀等。
• 其优点是：各向异性好，选择比高，可控性、灵活 性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化， 无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。
• 缺点是：成本高，设备复杂。干法刻蚀主要形式有 纯化学过程（如屏蔽式，下游式，桶式），纯物理 过程（如离子铣），物理化学过程，常用的有反应 离子刻蚀RIE，离子束辅助自由基刻蚀ICP。
薄膜沉积
• 化学气象沉积指利用化学反应的方式在反应室内将 反应物（通常为气体)生成固态的生成物，并沉积 在硅片表面的一种薄膜沉积技术。
• 气相淀积具有很好的台阶覆盖特性 • APCVD = Atmospheric Pressure CVD，常压CVD • LPCVD = Low Pressure CVD，低压CVD • PECVD = Plasma Enhanced CVD，等离子体CVD • HDPCVD = High-Density CVD，高密度CVD
晶体生长与圆晶制造晶体生长与圆晶制造 Nhomakorabea 热氧化
• SiO2的基本特性
• 杂质阻挡特性好 • 硅和SiO2的腐蚀选择特性好
热氧化
• 反应方程：
• Si(固体)+O2(气体)SiO2 • Si(固体)+2H2O (气体)SiO2 +H2(气体)
热氧化
• 硅热氧化工艺，可分为：干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化。 干氧氧化是以干燥纯净的氧气作为氧化气氛，在高温下氧直 接与硅反应生成二氧化硅。水汽氧化是以高纯水蒸汽为氧化 气氛，由硅片表面的硅原子和水分子反应生成二氧化硅。水 汽氧化的氧化速率比干氧氧化的为大。而湿氧氧化实质上是 干氧氧化和水汽氧化的混合，氧化速率介于二者之间。
半导体制造工艺过程培训
半导体制造工艺过程培训半导体制造工艺是一项复杂而关键的过程，涉及到许多步骤和技术。
这篇文章将介绍半导体制造工艺的基本过程，但不会进一步深入技术细节。
第一步是原材料准备。
半导体制造的原材料通常是硅晶圆。
硅晶圆是一个圆形的硅基片，经过精确的净化和处理过程，使其成为理想的半导体材料。
第二步是沉积层制备。
通过化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等技术，在硅晶圆上沉积一层薄膜。
这种薄膜可以用作晶体管的通道层或其他电气元件的功能层。
第三步是光刻。
通过将光照射到特定区域，并使用光刻胶来保护特定区域，可以在硅晶圆上定义出具体的图案。
第四步是蚀刻。
蚀刻是利用酸性或碱性溶液来移除光刻胶以外的材料，从而形成所需的结构。
这个过程可以将图案转移到硅晶圆上。
第五步是离子注入。
通过将特定材料的离子注入硅晶圆，可以改变硅的电子特性，形成不同的电子器件。
第六步是热处理。
热处理是将硅晶圆置于高温环境中，使不同的材料在晶体中扩散或结晶，从而改变其电子特性。
第七步是金属化处理。
这个步骤涉及到将金属沉积到硅晶圆上，并通过蚀刻和光刻等技术形成金属线路和连接，从而实现电子器件的互连。
最后一步是封装和测试。
制造的芯片需要封装在塑料或陶瓷包装中，并通过测试来确保其功能和性能。
以上是半导体制造工艺的基本过程。
此外，还有许多更复杂的步骤和技术，例如化学力学抛光（CMP）、电镀、深度蚀刻和微影等。
这些步骤和技术的具体细节与所制造的器件和工艺相关。
半导体制造工艺的培训非常重要，因为制造过程的每个步骤都需要高度的精确性和复杂的操作。
培训帮助工艺工程师和技术人员熟悉每个步骤和相关设备的操作原理，以及如何解决可能出现的问题。
只有通过适当的培训，制造商才能确保高质量的半导体产品的生产，从而满足市场需求并推动技术发展。
半导体制造工艺过程是精密而复杂的，涉及到许多关键步骤和技术。
为了更好地理解半导体制造工艺过程和相关技术细节，工程师和技术人员需要接受系统的培训。
半导体制造工艺流程培训
半导体制造工艺流程培训半导体制造工艺流程是一项极其复杂的工艺流程，它需要高度专业的技术人员来进行操作。
在这篇文章中，我们将介绍一下半导体制造工艺流程的一般步骤，以及一些常见的制造技术。
1. 晶圆生长晶圆生长是半导体制造的第一步，它通常使用单晶氧化硅（SiO2）或者多晶硅（Poly-Si）作为基底材料。
在这个步骤中，硅材料会被放入高温炉中，通过化学气相沉积（CVD）或者物理气相沉积（PVD）技术来制备一层晶体结构。
2. 光刻光刻技术是半导体制造中的一个重要步骤，它用于将图案转移到晶圆上。
在这个步骤中，光刻胶会被涂覆在晶圆表面上，然后使用紫外线曝光，再进行显影和腐蚀的处理，最终形成所需的图案。
3. 离子注入离子注入是将掺质注入晶圆中，以改变材料的导电性能。
在这个步骤中，离子束被加速并注入晶圆表面，然后通过热处理来使掺杂物固化。
4. 薄膜沉积薄膜沉积是将一层薄膜材料沉积在晶圆表面上，用于制备金属线路或者屏障层。
这个步骤通常使用化学气相沉积（CVD）或者物理气相沉积（PVD）技术来完成。
5. 金属化金属化是将金属沉积在晶圆表面上，用于制备导线或者焊接垫。
这一步骤通常需要使用光刻和腐蚀等技术来形成所需的图案。
总的来说，半导体制造工艺流程是一项技术密集型的工艺，需要高度专业的技术人员进行操作。
希望通过这篇文章，你对半导体制造工艺流程有了一定的了解。
抱歉，由于篇幅限制，我无法继续为您生成这篇文章。
不过，您可以继续编辑并添加更多相关内容，比如介绍半导体制造的工艺细节、新兴的制造技术、半导体应用等方面的内容。
祝您顺利完成！。
半导体制造工艺课件(PPT 98页)
激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格 位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到 杂质的作用
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、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层 退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被 光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的 在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都 可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀 并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔 金属
RTP并选择腐蚀侧 壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
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、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层 退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被 光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的 在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都 可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀 并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔 金属
RTP并选择腐蚀侧 壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
CMOS集成电路制造工艺介绍
➢ 湿法清洗技术，用溶液清洁硅片表面。 ➢ 干法清洁技术，利用等离子体，超生波，
蒸气压等物理手段。
第12页，共56页。
初次氧化
生成SiO2缓冲层，减少后续工艺中Si3N4对晶 圆的应力。 ➢ 干法氧化：速度慢，质量好，用于要求高的 栅氧等场合。
➢ 湿法氧化： 速度快，氧化层质量一般。
➢ 水气氧化：速度很快，氧化层质量很差，一般 只用于暂时的隔离层等。
➢ 干法刻蚀：利用等离子体轰击硅表面，得到需要的图 形。精度高，各向异性好。
第18页，共56页。
掺杂技术
掺杂就是人为地将所需要的杂质以一定的方式掺入到硅 片中的区域，并达到规定的数量和一定的分布 掺杂的种 类有P型（硼，铟）和N型（磷，砷，锑）两种。
➢ 热扩散：在高温下，杂质原子从源运动到硅表面 并再分布的过程。有气相扩散和固体源扩散两种。 一般是从表面到内部浓度逐渐降低。
第34页，共56页。
CVD deposition
Photoresisit:
positive & negative
1.5 deep n-well formation mask1
UV
mask
P-Sub
1.6 deep n-well implant
P+
DNW P-Sub
第35页，共56页。
DNW:
1) Improve substrate noise
Metal
• 一般为AL工艺或铜工艺。 • RC01S-HND 为5层金属铝铜工艺，第一层
金属方块电阻为0.145欧姆，第2~第4层方 块电阻为0.115欧姆，第5层方块电阻为 0.035欧姆 • 瑞萨90nm process ---Cu 工艺
第29页，共56页。
蒸气压等物理手段。
第12页，共56页。
初次氧化
生成SiO2缓冲层，减少后续工艺中Si3N4对晶 圆的应力。 ➢ 干法氧化：速度慢，质量好，用于要求高的 栅氧等场合。
➢ 湿法氧化： 速度快，氧化层质量一般。
➢ 水气氧化：速度很快，氧化层质量很差，一般 只用于暂时的隔离层等。
➢ 干法刻蚀：利用等离子体轰击硅表面，得到需要的图 形。精度高，各向异性好。
第18页，共56页。
掺杂技术
掺杂就是人为地将所需要的杂质以一定的方式掺入到硅 片中的区域，并达到规定的数量和一定的分布 掺杂的种 类有P型（硼，铟）和N型（磷，砷，锑）两种。
➢ 热扩散：在高温下，杂质原子从源运动到硅表面 并再分布的过程。有气相扩散和固体源扩散两种。 一般是从表面到内部浓度逐渐降低。
第34页，共56页。
CVD deposition
Photoresisit:
positive & negative
1.5 deep n-well formation mask1
UV
mask
P-Sub
1.6 deep n-well implant
P+
DNW P-Sub
第35页，共56页。
DNW:
1) Improve substrate noise
Metal
• 一般为AL工艺或铜工艺。 • RC01S-HND 为5层金属铝铜工艺，第一层
金属方块电阻为0.145欧姆，第2~第4层方 块电阻为0.115欧姆，第5层方块电阻为 0.035欧姆 • 瑞萨90nm process ---Cu 工艺
第29页，共56页。
半导体生产过程培训课件(ppt 48页)
8
CYLINDER OF MONOCRYSTALLINE
The Silicon Cylinder is Known as an Ingot
Typical Ingot is About 1 or 2 Meters in Length
Can be Sliced into Hundreds of Smaller Circular Pieces Called Wafers
Quartz, or Silica, Consists of Silicon Dioxide
Sand Contains Many Tiny Grains of Quartz
Silicon Can be Artificially Produced by Combining Silica and Carbon in Electric Furnice
Detector in Radio Sets 1947 - BJT Constructed by Bardeen
and Brattain 1959 – Integrated Circuit
Constructed by Kilby 2
Semiconductor Manufacturing Process
2.Photolithography
a) Photoresists b) Photomask and Reticles c) Patterning
4
Semiconductor Manufacturing Process (cont)
3.Oxide Growth & Removal
a) Oxide Growth & Deposition b) Oxide Removal c) Other effects d) Local Oxidation
CYLINDER OF MONOCRYSTALLINE
The Silicon Cylinder is Known as an Ingot
Typical Ingot is About 1 or 2 Meters in Length
Can be Sliced into Hundreds of Smaller Circular Pieces Called Wafers
Quartz, or Silica, Consists of Silicon Dioxide
Sand Contains Many Tiny Grains of Quartz
Silicon Can be Artificially Produced by Combining Silica and Carbon in Electric Furnice
Detector in Radio Sets 1947 - BJT Constructed by Bardeen
and Brattain 1959 – Integrated Circuit
Constructed by Kilby 2
Semiconductor Manufacturing Process
2.Photolithography
a) Photoresists b) Photomask and Reticles c) Patterning
4
Semiconductor Manufacturing Process (cont)
3.Oxide Growth & Removal
a) Oxide Growth & Deposition b) Oxide Removal c) Other effects d) Local Oxidation
半导体制造工艺技术PPT(共68页)
Si2H6(气态) （反应半
3) Si2H6(气态) 品形成）
2Si (固态) + 3H2(气态) （最终产
以上实例是硅气相外延的一个反应过程
• 速度限制阶段
在实际大批量生产中，CVD反应的时间长 短很重要。温度升高会促使表面反应速度增加 。基于CVD反应的有序性，最慢的反应阶段会 成为整个工艺的瓶颈。换言之，反应速度最慢 的阶段将决定整个淀积过程的速度。
种新的化合物。
以上5中基本反应中，有一些特定的 化学气相淀积反应用来在硅片衬底上淀 积膜。对于某种特定反应的选择通常要 考虑淀积温度、膜的特性以及加工中的 问题等因素。
例如，用硅烷和氧气通过氧化反应 淀积SiO2膜。反应生成物SiO2淀积在硅 片表面，副产物事是氢。
SiH4 + O2
SiO2 + 2H2
• CVD 过程中的掺杂
CVD淀积过程中，在SiO2中掺入杂质对硅 片加工来说也是很重要。例如，在淀积SiO2的 过程中，反应气体中加入PH3后，会形成磷硅 玻璃。化学反应方程如下：
SiH4(气)+2PH3(气)+O2(气) SiO2(固)+2P(固)+5H2(气)
在磷硅玻璃中，磷以P2O5的形式存在，磷 硅玻璃由P2O5和SiO2的混合物共同组成；对于 要永久黏附在硅片表面的磷硅玻璃来说， P2O5 含量（重量比）不超过4％，这是因为磷硅玻 璃（PSG）有吸潮作用。
CVD 反应
• CVD 反应步骤
基本的化学气相淀积反应包含8个主要步骤， 以解释反应的机制。 1）气体传输至淀积区域； 2）膜先驱物的形成； 3）膜先驱物附着在硅片表面； 4）膜先驱物黏附； 5）膜先驱物扩散； 6）表面反应； 7）副产物从表面移除； 8）副产物从反应腔移除。
2024年半导体制造行业培训资料
职场礼仪规范
介绍职场中的基本礼仪和 规范，如着装、言谈举止 、会议礼仪等，提升员工 职业素养。
跨文化沟通策略
针对全球化背景下可能出 现的跨文化沟通问题，提 供相应的解决策略和建议 。
跨部门协作问题解决策略分享
跨部门协作难题剖析
分析跨部门协作中常见的问题和难点 ，如资源分配、信息共享、责任划分 等。
培养员工对团队的认同感 和归属感，明确个人在团 队中的角色和职责。
提升协作能力
通过实践演练、案例分析 等方式，提高员工在团队 协作中的沟通、协调、配 合能力。
培养团队精神
倡导互相支持、互相尊重 、互相信任的团队精神， 营造积极向上的团队氛围 。
沟通技巧及职场礼仪指导
有效沟通技巧
教授员工如何进行有效沟 通，包括倾听、表达、反 馈等技巧，提高沟通效率 。
新型材料应用
智能制造与自动化
如碳纳米管、石墨烯等新型材料在半导体 制造中的应用，可望带来更高的性能和更 低的功耗。
借助人工智能、机器学习等技术，实现半导 体制造过程的智能化和自动化，提高生产效 率和良率。
03
质量管理与控制体系
质量管理体系建立与实施
确定质量管理体系的范围和目标
明确半导体制造过程中需要控制的关键环节和因 素，以及期望达到的质量水平。
关键设备与技术应用
01
02
03
04
05
光刻机
刻蚀机
离子注入机
化学机械抛光机 检测设备 （CMP）
用于将电路图形转移到晶 圆上的高精度设备，其分 辨率和套刻精度直接影响 芯片性能。
实现刻蚀工艺的设备，包 括干法刻蚀和湿法刻蚀两 种类型，可根据不同需求 选择。
用于实现离子注入工艺的 设备，可精确控制注入离 子的种类、能量和剂量。
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图1-9 PN结电容结构
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1.2 基本半导体元器件结构
图1-10 MOS场效应晶体管电容结构
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1.2 基本半导体元器件结构
1.2.2 有源器件结构 有源器件，如二极管和晶体管与无源元件在电子控制方式上
有很大差别，可以用于控制电流方向，放大小的信号，构成复杂的 电路。这些器件与电源相连时需要确定电极（+或-）。工作时利用 了电子和空穴的流动。 1.二极管的结构
4. CMOS结构
图1-15 CMOS反相器电路的电路图、顶视图和剖面图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
图1-16 生长型晶体管生长示意图
20
1.3 半导体器件工艺的发展历史
图1-17 合金结结型晶体管示意图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
图1-18 台面型结型晶体管示意图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
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1.8 芯片制造的生产环境
1.8.1 净化间沾污类型 净化间沾污类型可以分为5大类：颗粒、金属杂质、有机物沾污、
自然氧化层和静电释放。 1.颗粒
图1-30 颗粒引起的缺陷
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1.8 芯片制造的生产环境
2.金属杂质 3.有机物沾污 4.自然氧化层 5.静电释放 1.8.2 污染源与控制
应严格控制硅片加工生产厂房里的各种沾污，以减小对芯片的 危害。作为硅片生产厂房的净化间其主要污染源有这几种：空气、 人、厂房、水、工艺用化学品、工艺气体和生产设备。 1.空气
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1.4 集成电路制造阶段
表1-2 1μm以下产业的技术节点列表
(2)提高芯片的可靠性 芯片的可靠性主要指芯片寿命。 (3)降低芯片的成本 半导体芯片的价格一直持续下降。
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1.5 半导体制造企业
(1)设计/制造企业 许多企业都集合了芯片设计和芯片制造，从芯片 的前端设计到后端加工都在企业内部完成。 (2)代工企业 在芯片制造业中，有一类特殊的企业，专门为其他芯 片设计企业制造芯片，这类企业称为晶圆代工厂。
27
1.4 集成电路制造阶段
1.4.2 集成电路时代划分
图1-22 世界上第一块集成电路
28
1.4 集成电路制造阶段
表1-1 集成电路时代划分
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1.4 集成电路制造阶段
1.4.3 集成电路制造的发展趋势 电子器件中不论是电子管还是晶体管，一般都具有这样的特点：
随着它们结构尺寸的缩小，将会使工作速度增加，使功耗降低，其 结果是使速度提高与晶体管的尺寸缩小的同时，集成电路的性能将 获得改善。同时，由于尺寸的减小，有可能容纳更多的元器件，从 而通过提高集成度，扩大功能。就可靠性来考虑，随着集成规模的 增大，使印制电路板上的焊点数减少，从而使每个元器件的故障率 降低。 (1) 提高芯片的性能 芯片的性能一般包括两方面的内容，一是芯片 的工作速度，二是芯片工作过程中的功耗。
ห้องสมุดไป่ตู้.6 基本的半导体材料
1.6.2 半导体级硅 对用来做芯片的硅片要求有很高的纯度，还要求其原子级的微
缺陷减小到最小，这些缺陷对半导体性能是非常有害的，还要求硅 片具有想要的晶向、适量的掺杂浓度。用来做芯片的纯硅被称为半 导体级硅，是从天然硅中提炼出的多晶硅。多晶硅经过拉单晶制成 单晶硅，芯片就是制作在这种很高纯度并具有一定的掺杂浓度和一 定的晶向的单晶硅硅片上。
38
1.6 基本的半导体材料
图1-25 CZ法拉单晶炉示意图
39
1.6 基本的半导体材料
图1-26 用CZ法生长的硅锭
40
1.6 基本的半导体材料
(2)区熔法 区熔法是另一种单晶生长方法，它所生产的单晶硅中含 氧量非常少，能生产目前为止最纯的单晶硅。
图1-27 区熔法单晶生长设备示意图
41
1.6 基本的半导体材料
32
1.6 基本的半导体材料
1.6.1 硅——最常见的半导体材料 20世纪50年代初期以前，锗是半导体工业应用得最普遍的材料
之一，但因为其禁带宽度较小（仅为0．66eV），使得锗半导体的 工作温度仅能达到90℃（因为在高温时，漏电流相当高）。锗的另 一个严重缺点是无法在其表面形成一稳定的且对掺杂杂质呈钝化性 的氧化层，如二氧化锗（GeO2）为水溶性，且会在800℃左右的温 度自然分解。相比而言，硅的禁带宽度较大（1．12eV），硅半导 体的工作温度可以高达200℃。硅片表面可以氧化出稳定且对掺杂杂 质有极好阻挡作用的氧化层（SiO2），这个特性使得硅在半导体的 应用上远优于锗，因为氧化层可以被用在基本的集成电路结构中。
图1-11 集成电路中二极管的基本结构
15
1.2 基本半导体元器件结构
图1-12 集成电路中二极管的结构
16
1.2 基本半导体元器件结构
2.晶体管的结构
图1-13 晶体管的基本结构
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1.2 基本半导体元器件结构
3.场效应晶体管的结构
图1-14 MOS管的结构图和示意图
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1.2 基本半导体元器件结构
图1-21 半导体芯片制造的关键工艺
26
1.4 集成电路制造阶段
(3)掩膜版制作 掩膜版中包括构成芯片的各层图形结构，现在最常 用的掩膜版技术是石英玻璃涂敷铬，在石英玻璃掩膜版表面的铬层 上形成芯片各层结构图形。 (4)装配与封装 芯片制造完成后，封装之前芯片要经过测试/拣选进 行单个芯片的电学测试，拣选出合格芯片和不合格芯片，并作出标 识，合格芯片包装在保护壳体内。 (5)终测 为了确保芯片的功能，要对每个被封装的集成电路进行测 试，以保证芯片的电学和环境特性参数满足要求，即保证发给用户 的芯片是合格芯片。
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1.8 芯片制造的生产环境
表1-8 美国标准209E中各净化间级别对空气悬浮颗粒的限制
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1.8 芯片制造的生产环境
2.人
图1-31 穿超净工作服的工作人员
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1.8 芯片制造的生产环境
表1-9 操作间操作规程
55
1.8 芯片制造的生产环境
3.厂房 4.水 5.工艺用化学品 6.工艺气体 7.生产设备
半导体制造工艺
1
高职高专“十二五”电子信息类专业规划教材
半导体制造工艺
张渊 主编
2
第1章 绪 论
3
第1章 绪 论
1.1 引言 1.2 基本半导体元器件结构 1.3 半导体器件工艺的发展历史 1.4 集成电路制造阶段 1.5 半导体制造企业 1.6 基本的半导体材料 1.7 半导体制造中使用的化学品 1.8 芯片制造的生产环境
图1-28 硅片加工制备的基本流程
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1.6 基本的半导体材料
1.6.4 其他半导体材料 集成电路的关键性能指标是速度。无线和高速数字通信、空间应用 和汽车工业的消费市场，正孕育着特殊的半导体市场。市场对集成 电路性能的要求超越了硅半导体产品的承受能力，这就推动了其他 半导体材料的发展。
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1.7 半导体制造中使用的化学品
表1-6 半导体制造中常用的通用气体
47
1.7 半导体制造中使用的化学品
表1-6 半导体制造中常用的通用气体
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1.7 半导体制造中使用的化学品
表1-7 半导体制造中常用的特种气体
49
1.7 半导体制造中使用的化学品
3.等离子体 等离子体，又叫做电浆，是被电离后的气体，即以离子态形式存在 的气体(正离子和电子组成的混合物 )。它广泛存在于宇宙中，常被 视为是除去固、液、气之外，物质存在的第四态。在自然界里，火 焰、闪电、太阳等都是等离子体。等离子体有以下两个特点：①等 离子体呈现出高度不稳定态，有很强的化学活性。等离子体辅助CV D就是利用了这个特点。 ②等离子体是一种很好的导电体，利用经 过设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。这两个特点在后面 的工艺中得到很好的利用。等离子体的产生方法有辉光放电 、射频 放电和电晕放电等。
56
33
1.6 基本的半导体材料
1980年以后半导体界曾对GaAs的应用产生极高的期待，这是因为Ga As具有更高的电子迁移率，而且具有直接禁带宽度，但因为高品质 及大尺寸的GaAs不易获得，所以终究无法取代硅单晶材料在半导体 业的地位。 (1)硅的丰裕度 硅是地球上第二丰富的元素，占到地壳成分的25%， 经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度，而消 耗的成本比较低。 (2)更高的熔化温度允许更宽的工艺容限 硅的熔点是1412℃，远高 于锗937℃的熔点，更高的熔点使得硅可以承受高温工艺。 (3)更宽的工作温度范围 用硅制造的半导体器件可以工作在比锗制 造的半导体器件更宽的温度范围，增加了半导体器件的应用范围和 可靠性。
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1.6 基本的半导体材料
(4)氧化硅的自然生成 硅表面有能够自然生长氧化硅(SiO2)的能力， SiO2是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻 挡层以保护硅不受外部沾污。
图1-23 纯硅的Si原子共价键示意图
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1.6 基本的半导体材料
图1-24 硅的电阻率随掺杂浓度的变化
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1.1 引言
图1-1 集成电路组成的抽象结构图
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1.1 引言
图1-2 典型的半导体芯片的制造流程
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1.2 基本半导体元器件结构
图1-3 由二极管、MOS场效应晶体管和电阻组成的SRAM电路图
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1.2 基本半导体元器件结构
1.2.1 无源元件结构 1. 集成电路电阻的结构
图1-4 集成电路中电阻的结构
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1.6 基本的半导体材料
1.6.3 单晶硅生长 半导体级硅是多晶硅，半导体芯片加工需要纯净的单晶硅结构，
这是因为单晶硅具有重复的晶胞结构，能够提供制作工艺和器件性 能所要求的电学和机械性能。晶体缺陷就是在重复排列的晶胞结构 中出现的任何中断。晶体缺陷会影响半导体的电学性能，包括二氧 化硅介质击穿和产生漏电流等。随着器件尺寸的缩小，更多的晶体 管集成在一块芯片上，缺陷出现在芯片敏感区域的可能性就会增加， 这样就会使IC器件的成品率受到影响。要将多晶硅转换成单晶硅有 两种技术，它们是直拉法即Czochralski(CZ)法和区熔法。 (1)直拉法 直拉法生长单晶硅是将熔化了的半导体级多晶硅变成有 正确晶向并被掺杂成N型或P型的固体硅锭。
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1.2 基本半导体元器件结构
图1-10 MOS场效应晶体管电容结构
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1.2 基本半导体元器件结构
1.2.2 有源器件结构 有源器件，如二极管和晶体管与无源元件在电子控制方式上
有很大差别，可以用于控制电流方向，放大小的信号，构成复杂的 电路。这些器件与电源相连时需要确定电极（+或-）。工作时利用 了电子和空穴的流动。 1.二极管的结构
4. CMOS结构
图1-15 CMOS反相器电路的电路图、顶视图和剖面图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
图1-16 生长型晶体管生长示意图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
图1-17 合金结结型晶体管示意图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
图1-18 台面型结型晶体管示意图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
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1.8 芯片制造的生产环境
1.8.1 净化间沾污类型 净化间沾污类型可以分为5大类：颗粒、金属杂质、有机物沾污、
自然氧化层和静电释放。 1.颗粒
图1-30 颗粒引起的缺陷
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1.8 芯片制造的生产环境
2.金属杂质 3.有机物沾污 4.自然氧化层 5.静电释放 1.8.2 污染源与控制
应严格控制硅片加工生产厂房里的各种沾污，以减小对芯片的 危害。作为硅片生产厂房的净化间其主要污染源有这几种：空气、 人、厂房、水、工艺用化学品、工艺气体和生产设备。 1.空气
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1.4 集成电路制造阶段
表1-2 1μm以下产业的技术节点列表
(2)提高芯片的可靠性 芯片的可靠性主要指芯片寿命。 (3)降低芯片的成本 半导体芯片的价格一直持续下降。
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1.5 半导体制造企业
(1)设计/制造企业 许多企业都集合了芯片设计和芯片制造，从芯片 的前端设计到后端加工都在企业内部完成。 (2)代工企业 在芯片制造业中，有一类特殊的企业，专门为其他芯 片设计企业制造芯片，这类企业称为晶圆代工厂。
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1.4 集成电路制造阶段
1.4.2 集成电路时代划分
图1-22 世界上第一块集成电路
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1.4 集成电路制造阶段
表1-1 集成电路时代划分
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1.4 集成电路制造阶段
1.4.3 集成电路制造的发展趋势 电子器件中不论是电子管还是晶体管，一般都具有这样的特点：
随着它们结构尺寸的缩小，将会使工作速度增加，使功耗降低，其 结果是使速度提高与晶体管的尺寸缩小的同时，集成电路的性能将 获得改善。同时，由于尺寸的减小，有可能容纳更多的元器件，从 而通过提高集成度，扩大功能。就可靠性来考虑，随着集成规模的 增大，使印制电路板上的焊点数减少，从而使每个元器件的故障率 降低。 (1) 提高芯片的性能 芯片的性能一般包括两方面的内容，一是芯片 的工作速度，二是芯片工作过程中的功耗。
ห้องสมุดไป่ตู้.6 基本的半导体材料
1.6.2 半导体级硅 对用来做芯片的硅片要求有很高的纯度，还要求其原子级的微
缺陷减小到最小，这些缺陷对半导体性能是非常有害的，还要求硅 片具有想要的晶向、适量的掺杂浓度。用来做芯片的纯硅被称为半 导体级硅，是从天然硅中提炼出的多晶硅。多晶硅经过拉单晶制成 单晶硅，芯片就是制作在这种很高纯度并具有一定的掺杂浓度和一 定的晶向的单晶硅硅片上。
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1.6 基本的半导体材料
图1-25 CZ法拉单晶炉示意图
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1.6 基本的半导体材料
图1-26 用CZ法生长的硅锭
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1.6 基本的半导体材料
(2)区熔法 区熔法是另一种单晶生长方法，它所生产的单晶硅中含 氧量非常少，能生产目前为止最纯的单晶硅。
图1-27 区熔法单晶生长设备示意图
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1.6 基本的半导体材料
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1.6 基本的半导体材料
1.6.1 硅——最常见的半导体材料 20世纪50年代初期以前，锗是半导体工业应用得最普遍的材料
之一，但因为其禁带宽度较小（仅为0．66eV），使得锗半导体的 工作温度仅能达到90℃（因为在高温时，漏电流相当高）。锗的另 一个严重缺点是无法在其表面形成一稳定的且对掺杂杂质呈钝化性 的氧化层，如二氧化锗（GeO2）为水溶性，且会在800℃左右的温 度自然分解。相比而言，硅的禁带宽度较大（1．12eV），硅半导 体的工作温度可以高达200℃。硅片表面可以氧化出稳定且对掺杂杂 质有极好阻挡作用的氧化层（SiO2），这个特性使得硅在半导体的 应用上远优于锗，因为氧化层可以被用在基本的集成电路结构中。
图1-11 集成电路中二极管的基本结构
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1.2 基本半导体元器件结构
图1-12 集成电路中二极管的结构
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1.2 基本半导体元器件结构
2.晶体管的结构
图1-13 晶体管的基本结构
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1.2 基本半导体元器件结构
3.场效应晶体管的结构
图1-14 MOS管的结构图和示意图
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1.2 基本半导体元器件结构
图1-21 半导体芯片制造的关键工艺
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1.4 集成电路制造阶段
(3)掩膜版制作 掩膜版中包括构成芯片的各层图形结构，现在最常 用的掩膜版技术是石英玻璃涂敷铬，在石英玻璃掩膜版表面的铬层 上形成芯片各层结构图形。 (4)装配与封装 芯片制造完成后，封装之前芯片要经过测试/拣选进 行单个芯片的电学测试，拣选出合格芯片和不合格芯片，并作出标 识，合格芯片包装在保护壳体内。 (5)终测 为了确保芯片的功能，要对每个被封装的集成电路进行测 试，以保证芯片的电学和环境特性参数满足要求，即保证发给用户 的芯片是合格芯片。
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1.8 芯片制造的生产环境
表1-8 美国标准209E中各净化间级别对空气悬浮颗粒的限制
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1.8 芯片制造的生产环境
2.人
图1-31 穿超净工作服的工作人员
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1.8 芯片制造的生产环境
表1-9 操作间操作规程
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1.8 芯片制造的生产环境
3.厂房 4.水 5.工艺用化学品 6.工艺气体 7.生产设备
半导体制造工艺
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高职高专“十二五”电子信息类专业规划教材
半导体制造工艺
张渊 主编
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第1章 绪 论
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第1章 绪 论
1.1 引言 1.2 基本半导体元器件结构 1.3 半导体器件工艺的发展历史 1.4 集成电路制造阶段 1.5 半导体制造企业 1.6 基本的半导体材料 1.7 半导体制造中使用的化学品 1.8 芯片制造的生产环境
图1-28 硅片加工制备的基本流程
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1.6 基本的半导体材料
1.6.4 其他半导体材料 集成电路的关键性能指标是速度。无线和高速数字通信、空间应用 和汽车工业的消费市场，正孕育着特殊的半导体市场。市场对集成 电路性能的要求超越了硅半导体产品的承受能力，这就推动了其他 半导体材料的发展。
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1.7 半导体制造中使用的化学品
表1-6 半导体制造中常用的通用气体
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1.7 半导体制造中使用的化学品
表1-6 半导体制造中常用的通用气体
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1.7 半导体制造中使用的化学品
表1-7 半导体制造中常用的特种气体
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1.7 半导体制造中使用的化学品
3.等离子体 等离子体，又叫做电浆，是被电离后的气体，即以离子态形式存在 的气体(正离子和电子组成的混合物 )。它广泛存在于宇宙中，常被 视为是除去固、液、气之外，物质存在的第四态。在自然界里，火 焰、闪电、太阳等都是等离子体。等离子体有以下两个特点：①等 离子体呈现出高度不稳定态，有很强的化学活性。等离子体辅助CV D就是利用了这个特点。 ②等离子体是一种很好的导电体，利用经 过设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。这两个特点在后面 的工艺中得到很好的利用。等离子体的产生方法有辉光放电 、射频 放电和电晕放电等。
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1.6 基本的半导体材料
1980年以后半导体界曾对GaAs的应用产生极高的期待，这是因为Ga As具有更高的电子迁移率，而且具有直接禁带宽度，但因为高品质 及大尺寸的GaAs不易获得，所以终究无法取代硅单晶材料在半导体 业的地位。 (1)硅的丰裕度 硅是地球上第二丰富的元素，占到地壳成分的25%， 经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度，而消 耗的成本比较低。 (2)更高的熔化温度允许更宽的工艺容限 硅的熔点是1412℃，远高 于锗937℃的熔点，更高的熔点使得硅可以承受高温工艺。 (3)更宽的工作温度范围 用硅制造的半导体器件可以工作在比锗制 造的半导体器件更宽的温度范围，增加了半导体器件的应用范围和 可靠性。
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1.6 基本的半导体材料
(4)氧化硅的自然生成 硅表面有能够自然生长氧化硅(SiO2)的能力， SiO2是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻 挡层以保护硅不受外部沾污。
图1-23 纯硅的Si原子共价键示意图
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1.6 基本的半导体材料
图1-24 硅的电阻率随掺杂浓度的变化
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1.1 引言
图1-1 集成电路组成的抽象结构图
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1.1 引言
图1-2 典型的半导体芯片的制造流程
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1.2 基本半导体元器件结构
图1-3 由二极管、MOS场效应晶体管和电阻组成的SRAM电路图
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1.2 基本半导体元器件结构
1.2.1 无源元件结构 1. 集成电路电阻的结构
图1-4 集成电路中电阻的结构
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1.6 基本的半导体材料
1.6.3 单晶硅生长 半导体级硅是多晶硅，半导体芯片加工需要纯净的单晶硅结构，
这是因为单晶硅具有重复的晶胞结构，能够提供制作工艺和器件性 能所要求的电学和机械性能。晶体缺陷就是在重复排列的晶胞结构 中出现的任何中断。晶体缺陷会影响半导体的电学性能，包括二氧 化硅介质击穿和产生漏电流等。随着器件尺寸的缩小，更多的晶体 管集成在一块芯片上，缺陷出现在芯片敏感区域的可能性就会增加， 这样就会使IC器件的成品率受到影响。要将多晶硅转换成单晶硅有 两种技术，它们是直拉法即Czochralski(CZ)法和区熔法。 (1)直拉法 直拉法生长单晶硅是将熔化了的半导体级多晶硅变成有 正确晶向并被掺杂成N型或P型的固体硅锭。