集成电路制造中级工考试资料

半导体芯片制造中级工职业鉴定职业概况一、职业名称半导体芯片制造工二、职业定义本职业含有一下工种：外延工、氧化扩散工、离子注入工、化学气相淀积工、光刻工、台面成型工、电镀工。

三、职业等级中级（国家职业资格四级）、高级（国家职业资格三级）、技师（国家职业资格二级）、高级技师（国家职业资格一级）。

基本要求职业道德和职业守则1、敬业爱岗，实事求是。

2、努力学习，不断提高理论水平和操作能力。

3、工作热情、主动。

4、严守纪律、不谋私利。

5、自觉遵守工艺纪律和劳动纪律。

6、遵守操作规程、注意安全。

基础知识（1）半导体材料基础知识；（2）晶体管原理基本知识；（3）半导体集成电路基本知识；（4）半导体器件工艺原理基本知识；（5）半导体常用设备、仪器、仪表的基本知识；（6）安全防护知识；（7）产品质量法、环境保护法相关知识；中级部分专业知识一、材料部分1.第一代半导体材料：硅、锗；硅是现代最主要的半导体材料，锗是现代最重要的半导体材料之一。

目前商用硅单晶片直径为12~16英寸（300~400mm)。

第二代半导体材料：砷化镓、磷化铟。

特点：更高的频率、更高的增益、更低的噪声；用途：数字移动通信、光纤通信、导航领域等；缺点：化合物半导体至少由两种元素组成，故杂质缺陷比单质半导体要多，而且结构更加复杂。

同时由于磷化铟单晶的制备工艺还不够成熟，磷化铟所具备的超高频率、超高速度和低噪声的性能还没有得到很好的发挥，如何控制化合物半导体材料的化学配比是提高第二代半导体材料质量的关键。

2.导体、绝缘体、半导体导体：金属、石墨、人体、大地及各种酸、碱、盐的水溶液；绝缘体：橡胶、塑料、玻璃、云母、陶瓷、纯水、油、空气等；半导体：硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅等；注：云母是含锂、钠、钾、镁、铝、锌、铁、钒等金属元素并具有层状结构的含水铝硅酸盐族矿物的总称。

3.半导体材料特征（1）导电能力介于导体与绝缘体之间；（2）其纯度较高时，温度系数为正；金属导体则相反，电导率温度系数为负；（3）有电子和空穴参与导电；（4）晶体各向异性；4.N型半导体半导体中掺有施主杂质时，主要靠施主提供的电子导电；如：硅中掺有Ⅴ族元素杂质磷、砷、锑、铋；砷化镓中掺有Ⅳ和Ⅵ族元素杂质硅、硒等；磷化铟中掺杂质硫、锡等；氮化镓中掺杂质氮、硒等；5.P型半导体半导体中掺有受主杂质时，主要靠受主提供空穴导电；如：硅中掺有Ⅲ族元素硼、铝、镓、铟等；砷化镓中掺有杂质锌、镉、镁等；磷化铟中掺有杂质锌、镉（Cd）等；氮化镓中掺有杂质锌、镉、镁、铍、碳等；碳化硅中掺有杂质铝、镓、铍等；6.单晶、多晶单晶：原子或离子沿着三个不同方向按一定的周期有规则地排列，并沿一致的晶体学取向所堆垛起来的远程有序的晶体；多晶：有多个单晶晶粒组成的晶体，在其晶界处的颗粒间的晶体学取向彼此不同，其周期性与规则性也在此处受到破坏；当前半导体生产和科研主要使用的是单晶材料。

7.半导体晶体结构金刚石型、闪锌矿型、铅锌矿型；金刚石型：硅、锗；闪锌矿：砷化镓、磷化镓、磷化铟；铅锌矿：硫化锌、氮化镓；8.常用半导体材料的晶体生长方向实际使用的单晶材料都是按一定的方向生长的，因此单晶表现出各向异性。

常用的晶体生长方向是〈111〉和〈100〉。

规定用〈111〉和〈100〉表示晶向，（111）和（100）表示晶面。

9.电导率和电阻率材料的电导率（σ）用下式表示：σ=neμn为载流子浓度，单位为cm-3；e为电子电荷，单位为C（库伦）；μ为载流子迁移率，单位为cm2/V • s；电导率的单位为S/cm（S为西门子）。

电阻率ρ=1/σ。

单位为Ω• cm。

10.迁移率反映半导体中载流子导电能力的重要参数；掺杂半导体的电导率一方面取决于掺杂的浓度，另一方面取决于迁移率的大小；同样掺杂浓度，迁移率越大，导电能力越强；不同的材料，电子和空穴的迁移率是不同的；同样的材料，电子的迁移率一般高于空穴迁移率；迁移率随温度而变化；晶体完整性越好，载流子迁移率越高；11.方块电阻对于一个长为L,宽为W，厚度为d的薄层，其电阻R为：R=ρL/=d W=（ρ/d）（L/W）可以看出，这样一个薄层的电阻与（L/W）成正比，比例系数为（ρ/d）。

比例系数（ρ/d）就叫方块电阻。

R口= ρ/dR= R口（L/W）R口单位为欧姆，用Ω/口表示；当L=W时，有R= R口这时，R口表示一个正方形薄层电阻，与正方形大小无关。

12.晶体缺陷概念：晶体中的一些区域的原子排列遭到破坏，就称这种破坏为晶体缺陷；害处：晶体缺陷对材料的使用性影响很大，在大多数情况下，它可使器件性能劣化直至失效。

因此，在材料准备过程只能够，要尽量排除缺陷或降低其密度。

分类：（1）点缺陷：空位、间隙原子、替位原子；（2）线缺陷：呈线状排列，如位错；（3）面缺陷：呈面状。

如晶界、层错等；（4）体缺陷：如空洞、夹杂物、杂质沉淀物等；（5）微缺陷：几何尺寸在微米或更小；13.弹性形变一种固体材料受到外力时会发生形变，若外力消失后，形变也消失，则称为弹性形变；14.范性形变若外力消失后，形变不消失，则称为范性形变；位错就是由范性形变造成的。

15.位错由范性形变造成的，它可以使晶体内的一原子或离子脱离规则的周期排列而位移一段距离，位移区与非位移区交界处必有原子的错位，这样产生的线缺陷称为位错。

16.层错层错是在密排面上缺少或多余一层原子而构成的缺陷，层错是一种面缺陷。

生成中最常见的是外延片中的层错。

在外延过程中，若不采取特殊的措施（原位气相腐蚀抛光），生产出的外延层中将含有大量的层错，以致严重的破坏了晶体的完整性。

外延片中的层错主要起源与生长外延层的衬底晶体的表面。

17.半导体材料表征参数（1）电学参数电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率、少数载流子寿命、电阻率均匀性；（2）化学纯度材料本底纯度；（3）晶体学参数晶向、位错密度（4）几何尺寸；直径、晶片厚度、弯曲度、翘曲度、平行度、抛光片平坦度；18.单晶材料制备方法直拉法（CZ）、区熔法（FZ）、磁控直拉法；19.化合物半导体制备方法砷化镓、磷化铟制备方法：布里奇曼法（HB、VB）、液封直拉法（LEC）、梯度凝固法（VGF、HGF）；GaN衬底单晶的制备非常困难，目前无商业化的GaN衬底可用。

GaN单晶衬底制备采用GaN 外延生长。

GaN外延一般采用蓝宝石（Al2O3）、碳化硅、硅作为衬底，进行异质外延（SOS）外延。

20.砷化镓单晶材料的应用砷化镓单晶抛光片用于制备GaAs器件的衬底材料，也可用于生长GaAs外延片的衬底材料，制作微波器件、光电子器件等。

21.InP单晶的主要应用N型InP单晶用于光电器件，InP基的发光二极管、激光器和探测器已用于光纤通讯系统。

P型InP主要用于高效抗辐射太阳能电池。

22.常用清洗剂的配方（1）用于去除衬底表面的蜡、油等有机物的清洗剂：H2O2 :H2O :NH4OH=2:5:1;（2）用于去除衬底表面金属杂质的清洗剂：H2O2 :H2O :HCl=2:7:1H2SO4 :H2O=5:1（3）用于去除衬底表面的碳和有机物的清洗剂HCl:H2O=1：323.衬底清洗过程（1）擦洗表面的大块污物；（2）浸泡；（3）化学腐蚀；（4）水清洗；（5）干燥；24.石英器具清洗过程（1）洗液浸泡；（2）水清洗；（3）干燥；25.抛光片检测项目（1）几何参数直径、厚度、主参考面、副参考面、平整度、弯曲度；（2）电学参数电阻率、载流子浓度、迁移率等；（3）晶体质量晶向、位错密度；26.抛光片质量要求（1）表面要求平整、光亮、无损、少沾污；（2）晶向、导电类型、位错密度、迁移率等满足器件和外延工艺的要求；27.砷化镓抛光片的清洗（1）将抛光好的衬底单晶片进行清洁处理，用清洗液煮沸后用去离子水冲洗干净。

（2）用硫酸+过氧化氢+水（8：1：1）的混合液腐蚀5~10分钟，然后用去离子水冲洗至中性。

（3）用MOS级无水乙醇脱水，在红外灯下烘干，放在干净的器皿准备用。

28.InP抛光片的清洗（1）将抛光好的衬底单晶进行清洗处理，用清洗液煮沸后用去离子水冲洗干净。

（2）用硫酸：双氧水：水=7：1.5：1.5，在16℃时浸泡5分钟，然后用去离子水冲洗至中性。

（3）用MOS级无水乙醇脱水，在红外灯下烘干，放在干净的器皿中备用。

29.外延片优点及用途（1）通过外延可以生产种类更多的材料，而且形成多种结构，使器件设计增加了更多的选择；（2）外延生长温度都低于从熔体生长单晶的温度，降低了污染，可获得优质高纯的外延层；（3）外延层晶体完整性好，大面积均匀，界面陡峭；（4）可生长三元或多元化合物或固熔体；（5）生长速度低，可控制到单原子层生长，可生长制备异质结；30.外延片检测项目（1）表面质量（2）电学参数载流子浓度、迁移率、电阻率等；（3）外延厚度、（4）外延片的均匀性（厚度均匀、浓度均匀、方块电阻均匀）；31.外延生长在一片表面经过精细加工的单晶衬底上，在低于晶体熔点的温度下，沿其原来的结晶轴方向，重新生长一层电阻率、导电类型、厚度等都满足要求的新单晶的过程。

32.同质外延衬底与外延层的主体构成元素是相同的；（掺杂剂的种类和浓度可以不相同）33.异质外延衬底与外延层的化学组分中有一种或部分组元是不相同的；34.外延生长种类（1）化学气相外延（VPE、CVD）；（2）液相外延（LPE）；（3）金属有机物化学气相外延（MOCVD）；（4）分子束外延（MBE）；（5）原子束外延、固相外延；35.化学气相外延概述外延生长是20世纪60年代以来发展起来的重要技术，化学气相外延是利用化学反应进行淀积的外延生长方法。

其生长温度远远低于所生长材料的熔点，因此有利于获得高纯度材料、难以从熔体中生长的材料和陡峭P-N结或异质结构材料。

气相外延生长典型速度为每小时几到几十微米；外延反应室的容量日益增大，硅外延已可容纳21片6英寸硅片，砷化镓外延已发展到可容纳20片3英寸的衬底。

36.硅化学气相外延概述用化学气相外延法生长硅外延片已有30多年历史，该技术之所以能够很快得到推广，其主要原因是容易工业化、产业化。

从可获得掺杂类型和外延厚度来看，它既是一项通用技术，又是一项成熟技术。

通过工艺和反应器的不断改进和自动化，现在已形成大批量生产规模，并能够生产高质量外延片。

37.硅外延生长工艺（1）衬底清洗清洗除去有机沾污和金属沾污；（2）原位腐蚀抛光（3）生长参数优化选择硅源气体、生长温度、生长压力、生长速度、气流速度等；（4）尾气的处理主要是HCl气体的处理；38.原位气相腐蚀抛光衬底在外延生长之前，先在1200℃左右用干燥氢气冲洗，以利用氢气的还原作用减少硅片表面残留的氧化斑点和天然氧化物。

冲洗后将用氢稀释的无水氯化氢气体通入反应器内，在1150~1250 ℃对硅表面进行腐蚀抛光，以去除衬底表面残留的机械损伤、沾污的杂质等。