半导体制造技术复习总结

半导体制造技术复习总结

第一章半导体产业介绍

1、集成电路制造的不同阶段：硅片制备、硅片制造、硅片测试/拣选、装配与封装、终测；

2、硅片制造：清洗、成膜、光刻、刻蚀、掺杂；

3、半导体趋势：提高芯片性能、提高芯片可靠性、降低芯片价格；

4、摩尔定律：一个芯片上的晶体管数量大约每18个月翻一倍。

5、半导体趋势：

①提高芯片性能：a关键尺寸（CD）－等比例缩小（Scale down)

b每块芯片上的元件数－更多 c 功耗－更小

②提高芯片可靠性： a无颗粒净化间的使用 b控制化学试剂纯度

c分析制造工艺 d硅片检测和微芯片测试

e芯片制造商成立联盟以提高系统可靠性

③降低芯片价格：a.50年下降1亿倍 b减少特征尺寸＋增加硅片直径

c半导体市场的大幅度增长（规模经济）

第二章半导体材料特性

6、最常见、最重要半导体材料－硅：a.硅的丰裕度 b.更高的熔化温度允许更宽的工艺容

限

c.更宽的工作温度范围

d.氧化硅的自然生成

7、GaAs的优点：a.比硅更高的电子迁移率; b.减少寄生电容和信号损耗; c.集成电路的速

度比硅制成的电路更快; d.材料电阻率更大，在GaAs衬底上制造的半导体器件之间很容易

实现隔离，不会产生电学性能的损失；e.比硅有更高的抗辐射性能。

GaAs的缺点： a.缺乏天然氧化物；b.材料的脆性； c.由于镓的相对匮乏和提纯工艺中的

能量消耗，GaAs的成本相当于硅的10倍； d.砷的剧毒性需要在设备、工艺和废物清除设

施中特别控制。

第三章器件技术

8、等比例缩小:所有尺寸和电压都必须在通过设计模型应用时统一缩小。

第四章硅和硅片制备

9、用来做芯片的高纯硅称为半导体级硅(semiconductor-grade silicon, SGS)或电子级硅

西门子工艺：1.用碳加热硅石来制备冶金级硅SiC(s)+SiO2(s) Si(l)+SIO(g)+CO(g)

2.将冶金级硅提纯以生成三氯硅烷Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g)

3.通过三氯硅烷和氢气反应来生成SGS SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g)

10、单晶硅生长：把多晶块转变成一个大单晶，并给予正确的定向和适量的N型或P型掺

杂，叫做晶体生长。

a.直拉法(Czochralski) 特点：工艺成熟，能较好地拉制低位错、大直径的硅单晶。

缺点：难以避免来自石英坩埚和加热装置的杂质污染。

b.区熔法：主要用来生长低氧含量的晶体，但不能生长大直径的单晶，并且晶体有较高的

位错密度。这种工艺生长的单晶主要使用在高功率的晶闸管和整流器上

c.液体掩盖直拉法：此方法主要用来生长砷化镓晶体，和标准的直拉法一样，只是做了一

些改进。由于熔融物里砷的挥发性通常采用一层氧化硼漂浮在熔融物上

来抑制砷的挥发。

直拉法更普遍，更便宜，可加工大晶圆尺寸（如300mm），材料可重复使用。区熔法可制备更纯的单晶硅（因为没坩锅），但成本高，可制备的晶圆尺寸小（约150mm)。主要用于功率器件。

11、晶体缺陷: a.点缺陷（三种基本点缺陷：空位缺陷；间隙原子缺陷；Frenkel缺陷）

b.位错

c.层错

12、刻蚀：为了消除硅片表面的损伤，进行硅片刻蚀；硅片刻蚀是利用化学刻蚀选择性去

除表面物质的过程；腐蚀掉硅片表面约20微米的硅。

13、外延(epitaxial)：与衬底有相同的晶体结构

用作双级晶体管中阻挡层，可减少集电极电阻同时保持高的击穿电压；用在CMOS和DRAM中可改进器件性能，因为外延层具有低的氧、碳含量。

第五章半导体制造中的化学品

14、表面张力：液滴的表面张力是增加接触表面积所需的能量。

随着表面积的增加，液体分子必须打破分子间的引力，从液体内部运动到液体的表面，因此需要能量。

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16、液态化学品的输送过程是通过批量化学材料配送(BCD)系统完成的；BCD系统由化学品

源、化学品输送模块和管道系统组成；对于使用量很少或者在使用前存放的时间有限的化学品不适合由BCD系统来输送，而采用定点输送（POU）。

17、通用气体：控制在7个9以上的纯度(99.99999%)

通用气体存储在大型存储罐里或1000磅的大型管式拖车内，通过批量气体配送(BGD)系统输送。其优点是：可靠且稳定气体供应；减少杂质微粒的沾污源；减少日常气体供应中的人为因素。

特种气体：控制在4个9以上的纯度(99.99%)

特种气体通常用100磅金属容器（钢瓶）运送到硅片厂，用局部气体配送系统输送到工艺反应室。

第六章硅片制造中的沾污控制

18、沾污的类型：沾污是指半导体制造过程中引入半导体硅片的任何危害微芯片成品率及

电学性能的不希望有的物质。

a.颗粒(可以接受的颗粒尺寸必须小于最小器件特征尺寸的一半);

b.金属杂质(危害半导体工艺的典型金属杂质是碱金属);

c.有机物沾污(来源包括细菌、润滑剂、蒸气、清洁剂、溶剂和潮气等。微量有机物沾污能

降低栅氧化层材料的致密性；导致表面的清洗不彻底);

d.自然氧化层(自然氧化层会妨碍其他工艺步骤；增加接触电阻去除：通过使用含HF酸的

混合液的清洗步骤);

e.静电释放（ESD产生于两种不同静电势的材料接触或摩擦。静电荷从一个物体向另一物体未经控制地转移，可能损坏微芯片。虽然ESD静电总量很小，但积累区域也小，可达1A的峰值电流，可以蒸发金属导线和穿透氧化层。放电也可能成为栅氧化层击穿的诱因。另外，一旦硅片表面有了电荷积累，它产生的电场就能吸引带电颗粒或极化并吸引中性颗粒到硅片表面）。

ESD控制方法：防静电的净化间材料；ESD接地；空气电离。

19、沾污的源与控制：空气；人；厂房；水；工艺用化学品；工艺气体；生产设备。

20、典型硅片湿法清洗顺序：（1）piranha去除有机物和金属；（2）SC-1去除颗粒；（3）

SC-2去除金属；（每步结束都要进行清洗，即UPW清洗（超纯水），稀HF去除

自然氧化层，UPW清洗；最后干燥）。

21、湿法清洗设备：兆声清洗(megasonics)、喷雾清洗、刷洗器、水清洗（溢流清洗器，排空

清洗，喷射清洗，加热去离子水清洗）、硅片甩干（旋转式甩干机，异

丙醇蒸气干燥）

有氧化物和RCA清洗的硅片表面是亲水性的；刚经过氢氟酸腐蚀的无氧化物表面由于氢终结了表面是疏水性的。

第七章测量学和缺陷检查

22、测膜厚：四探针法（测方块电阻）；椭偏仪（主要用于测透明薄膜）。

23、掺杂浓度：在线测量方法：四探针法（高掺杂浓度）；热波系统（低掺杂浓度）；

线外测量方法：二次离子质谱仪（SIMS）；电容－电压（C－V）特性测试。24、套准精度是测量光刻机和光刻胶图形与硅片前面刻蚀图形的套刻的能力。

测量套准精度的主要方法是相干探测显微镜（CPM）。

25、聚焦离子束（FIB, Focused Ion Beam）系统大体上可以分为三个主要部分：离子源、

离子束聚焦/扫描系统（包括离子分离部分）和样品台。

聚焦离子束系统的应用：①微区溅射和增强刻蚀；②薄膜淀积；