半导体工艺原理复习资料

第一章晶体生长技术（直拉法（CZ）、区熔法（FZ））。

半导体：常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，如二极管、计算机、移动电话等。

导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。

N型半导体（电子型半导体），自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。

硅晶体中掺入五价元素（如磷），自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。

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，多子的浓度就越高，导电性能就越强。

P型半导体（空穴型半导体）即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。

硅晶体中掺入三价元素（如硼）。

空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。

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，多子的浓度就越高，导电性能就越强。

区熔法（FZ）特点：硅片含氧量低、纯度高、成本高、主要用于高功率IC。

难生长大直径硅晶棒。

低阻值硅晶棒、掺杂均匀度较差。

CZ法：成本低、可做大尺寸晶锭、材料可重复使用。

CZ工艺工程：籽晶熔接，引晶和缩颈，放肩，收尾。

影响因素：拉伸速率、旋转速率。

硅片制备步骤：机械加工，化学处理，表面抛光，质量测量制备流程：整形处理，去掉两端，径向研磨。

硅片制作流程：磨片和倒角（防止产生缺陷），刻蚀（去除沾污和损伤层）腐蚀液：HNO3+HF+醋酸，抛光（去除表面缺陷），清洗（去除残留沾污）晶体缺陷：点缺陷（空位缺陷；间隙原子缺陷；Frenkel缺陷）；位错；层错。

杂质的作用：调节硅原子的能级，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，导带，禁带，价带。

如果所有的自由电子都在价带上就是绝缘体；如果所有的自由电子都在导带上就是导体。

半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。

施主能级杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的；受主能级要么距离价带很近（如硼），是接受电子的。

污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子：先进曝光技术；减小光源的波长：汞灯准分子激：增大透镜半径、减小焦距：：A=0,去胶：(1)SiO2、氮化硅、多晶硅等衬底，可以用硫酸与过氧化氢的3：1的混合液去胶。

(2)Al衬底用发烟硝酸去胶。

(3)等离子体去胶。

刻蚀机理：化学刻蚀与中性物种有关。

物理刻蚀与离子性物种有关。

物理化学刻蚀与上述二者的协同作用有关第7章薄膜技术薄膜技术是制作元器件、电子回路、集成电路的基础。

主要淀积方式：化学气相淀积、物理气相淀积化学气相淀积技术（CVD）：使用加热、等离子体和紫外线等各种能源，使气态物质经化学反应（热解或化学合成），形成固态物质淀积在衬底上。

相对的蒸发和溅射为物理气相淀积。

特点：温度低、均匀性好、通用性好、台阶覆盖性能好，适合大批量生产。

单晶(外延）、多晶、非晶（无定型）薄膜半导体、介质、金属薄膜常压化学气相淀积（APCVD），低压CVD(LPCVD)，等离子体增强淀积（PECVD）等CVD反应必须满足三个挥发性标准：1.在淀积温度下,反应剂必须具备足够高的蒸汽压2.除淀积物质外,反应产物必须是挥发性的3.淀积物本身必须具有足够低的蒸气压1.热分解反应最常用的金属有14种:Al,As,Au,Cd,Co,Cu,Cr,Fe,Ni,Pb,Pt,Rh,Sn,Zn.优点:生长速度快,基片形状可以是任意的.缺点:生长过程难以控制.化学镀:不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法。

阳极反应沉积法又称阳极氧化法是通过阳极反应来实现的氧化物的沉积。

主要用于金属氧化物涂层的制备.LB技术:利用分子活性在气液界面上形成凝结膜，将该膜逐次叠积在基片上形成分子层三种LB膜:X型-基片下沉;Y型-基片下沉和抽出;Z型-基片抽出.物理气相沉积:通过物理的方法使源材料发射气相粒子然后沉积在基片表面的一种薄膜制备技术.根据源材料粒子发射的方式分类：真空蒸发，溅射，离子束和离子辅助，外延生长技术真空蒸发沉积优点：薄膜具有简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高等特点，缺点：是形成的薄膜与基片结合较差，工艺重复性不好。

步骤：1、蒸发源材料由凝聚相转变成气相；2、在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运；3、蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。

真空蒸发系统:真空室,蒸发源,基片蒸发方法：电阻加热蒸发，闪烁蒸发法，电子束蒸发，激光蒸发，电弧蒸发，射频加热溅射：在某一温度下,如果固体或液体受到适当的高能离子的轰击,那么固体或液体中的原子通过碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸。

溅射是指具有足够高能量的粒子轰击固体表面使其中的原子发射出来。

优点：1、对于任何待镀材料，只要能做成靶材，就可实现溅射；2、溅射所获得的薄膜与基片结合较好；3、溅射所获得的薄膜纯度高，致密性好；4、溅射工艺可重复性好，膜厚可控制，同时可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜。

缺点：沉积速率低，基片会受到等离子体的辐照等作用而产生温升。

溅射参数：溅射阈值，溅射率，溅射粒子的速度和能量1.原子序数大的溅射原子逸出时能量较高，而原子序数小的溅射原子溅射逸出的速度较高。

2.在相同的轰击能量下，溅射原子逸出能量随入射离子的质量而线性增加。

3.溅射原子平均逸出能量随入射离子能量的增加而增大，担当入射离子能量达到某一较高值时，平均逸出能量趋于恒定。

溅射原理：(a)溅射出来的粒子角分布取决于入射粒子的方向；（b)从单晶靶溅射出来的粒子显示择优取向；(c)溅射率不仅取决于入射粒子的能量，也取决于其质量。

（d)溅射出来的粒子的平均速率比热蒸发粒子的平均速率高的多。

溅射装置分类：1.直流溅射:靶材是良导体.2.射频溅射:靶材可以是导体,半导体和绝缘体.3.磁控溅射:通过磁场约束电子的运动以增强电子对工作气体的电离效率。

清洗：除去器件制造过程中偶然引入的“表面玷污”杂质（来自加工过程或清洗），如颗粒、杂质膜、物理吸附或化学吸附等。

清洗是一个必需的复杂的工艺过程。

清洗过程必须遵循固定的程序和顺序。

硅片的清洗：原始硅片、工艺环节前、甩胶前、去胶后等；有机溶剂：去除有机杂质（油脂、蜡等），常用甲苯、丙酮、乙醇等；无机酸：去除金属、金属离子和氧化物等，常用盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸和王水等；洗液：重铬酸钾与过量的浓硫酸混合液，是强氧化剂，去除金属及氧化物、油膜等；I、II号液：以双氧水为基础。

I号为碱性，II号为酸性。

一般清洗技术净化：保证半导体工艺环境保持洁净污染来源：环境中的尘埃、杂质、有害气体；工作人员、设备、工具、药品等带入的杂质。

净化方式：空气过滤、洁净室、超净工作台。

键合、装配和封装步骤：释放、划片、分离、分选、粘片、检验、键合引线、检验、多芯片装配、检验、封装、终测目的：形成最终结构，实现最终功能；对器件进行保护，防止冲击和腐蚀；便于安装和器件散热等。

酸烧伤救治：水、NaHCO3清洗，注射葡萄糖酸钙。

碱烧伤清洗：水、醋酸或硼酸清洗。

第8章工艺集成工艺集成：运用各类单项工艺技术（外延、氧化、气相沉积、光刻、扩散、离子注入、刻蚀以及金属化等工艺）形成电路结构的制造过程。

工艺目的：形成薄膜：化学反应，PVD，CVD，旋涂，电镀；光刻：实现图形的过渡转移；刻蚀：最后图形的转移；改变薄膜：注入，扩散，退火。

CMOS工艺：选择衬底、热氧化、Si3N4淀积、光刻胶成形、Si3N4和SiO2刻蚀、隔离浅槽刻蚀、除去光刻胶、SiO2淀积、化学机械抛光、除去Si3N4、平面视图、光刻胶成形、磷离子注入、除去光刻胶、光刻胶成形、硼离子注入、除去光刻胶、退火、平面视图、牺牲氧化层生长、除去牺牲氧化层、栅氧化层生长、多晶硅淀积、光刻胶成形、多晶硅刻蚀、除去光刻胶、平面视图、多晶硅氧化、光刻胶成形、NMOS管衔接注入、除去光刻胶、光刻胶成形、PMOS管衔接注入、除去光刻胶、Si3N4淀积、Si3N4刻蚀、光刻胶成形、NMOS管源/漏注入、除去光刻胶、光刻胶成形、PMOS管源/漏注入、除去光刻胶和退火、平面视图、除去表面氧化物、Ti淀积、TiSi2形成、Ti刻蚀、BPSG淀积、BPSG抛光、光刻胶成形、接触孔刻蚀、除去光刻胶、TiN淀积、钨淀积、钨抛光、平面视图、Metal1淀积、光刻胶成形、Metal1刻蚀、除去光刻胶、平面视图、IMD淀积、IMD抛光、光刻胶成形、通孔刻蚀、除去光刻胶、TiN和钨淀积、钨和TiN抛光、平面视图、Metal2淀积、光刻胶成形、Metal2刻蚀、除去光刻胶、平面视图、钝化层淀积、钝化层成形、平面视图、完成微机电系统（MEMS）：用微机械加工技术制作的包括微传感器、微致动器、微能源等微机械基本部分以及高性能的电子集成线路组成的微机电器件与装置。

MEMS中的核心元件一般包含两类：一个传感或致动元件和一个信号传输单元MEMS与传统机械区别：微尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、加工方式。