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（Scaledown)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：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-gradesilicon,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SGSSiHCl3(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。15、通用气体：控制在7个9以上的纯度%)气体种类气体符号用途惰性氮气N2排出残留在气体配送系统和工艺腔中的湿气和残余气体，有时也作为某些淀积工艺的工艺气体氩气Ar/在硅片工艺过程中用在工艺腔体中氦气He工艺腔气体，真空室的漏气检查还原性氢气H2《外延层工艺的运载气体，也用在热氧化工艺中与O2反应生成水蒸气氧化性氧气O2工艺腔气体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%)\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%)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,FocusedIonBeam）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；③高分辨率扫描离子显微成像（SIM）；④半导体器件离子注入；第八章工艺腔内的气体控制26、工艺腔是指一个受控的真空环境：在真空环境中保持预定的压强；去除不需要的水汽、空气和附加反应；创建一个能够使化学反应（例如产生等离子体）发生的环境；控制硅片的加热和冷却；控制气态化学品的流入，并在尽量靠近硅片的地方发生反应；；27、真空的益处：a.创建洁净的环境；b.降低分子密度；c.增大分子碰撞的距离；d.加速反应过程；e.产生一种动力真空级别：初级759~100托氧化、光刻、抛光;中级100~10-3托刻蚀、淀积、金属化;高级10-3~10-6托离子注入、测量;超高级10-6~10-9托测量.28、等离子体（Plasma）：是一种中性、高能量、离子化的气体，包括中性原子或分子、带电离子和自由电子。是除去固、液、气外，物质存在的第四态。在一个有限的工艺腔内，利用强直流或交流电磁场或是用某些电子源轰击气体原子都会导致气体原子的离子化。等离子体可以提供发生在硅片表面的气体反应所需的大部分能量，因此被广泛应用。】29、辉光放电：当施加电能时，混合气体中的自由电子被加速，穿过混合气体，然后与原子或分子相撞，在碰撞过程中释放出附加的电子。高能电子与中性原子或离子相撞并激发它们。这些受激发的原子或离子存在的时间很短，当它们返回其最低能级时，能量以发射声子（或光）的形式释放。通过在混合气体中施加直流电压或者射频（RF）范围内使用交流电都可以产生辉光放电。30、在带有真空的工艺腔内，痕量水是最显著的沾污源。为了降低工艺腔内吸附的水产生的沾污，需要减少以清洗为目的的开启或拆开的工艺反应室。通过在线清洁技术可以实现这一点。第九章集成电路制造工艺概况31、CMOS工艺流程：薄膜制作（layer）刻印(pattern)刻蚀掺杂。32、硅片制造厂的分区：1）扩散区（包括氧化、膜淀积和掺杂）：目的：扩散区是进行高温工艺及薄膜淀积的区域￥方法：高温扩散炉和湿法清洗设备功能：高温扩散炉1200℃，可完成氧化、扩散、淀积、退火以及合金2）光刻区：黄光区涂胶/光刻/显影设备目的：将电路图形转移到覆盖硅片表面的光刻胶上3）刻蚀区：目的：刻蚀是在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。方法：湿法刻蚀和干法刻蚀4）离子注入区：!离子注入机是亚微米工艺中最常见的掺杂工具方法：离子注入＋退火常见掺杂元素：As,P,B5）薄膜生长区：薄膜区主要负责各个步骤中介质层与金属层的淀积。方法：CVD,PVD,SOG,RTP6）抛光区：CMP（化学机械抛光）的目的是使硅片表面平坦化。方法：化学腐蚀＋机械研磨制作步骤：⑴双阱工艺；⑵浅槽隔离工艺；⑶多晶硅栅结构工艺；⑷轻掺杂漏（LDD）注入工艺；⑸侧墙的形成；⑹源/漏（S/D）注入工艺；⑺接触孔的形成；⑻局部互连工艺；⑼通孔1和金属塞1的形成；⑽金属1互连的形成；⑾通孔2和金属塞2的形成；⑿金属2互连的形成；⒀制作金属3直到制作压点及合金；⒁参数测试第十章氧化}34、氧化膜的用途：a.保护器件免划伤和隔离沾污b.限制带电载流子场区隔离（表面钝化）c.栅氧或存储单元结构中的介质材料d.掺杂中的注入掩膜e.金属导电层间的介质层35、金属层间的介质层：二氧化硅是微芯片金属层间有效的绝缘体；二氧化硅能阻止上层金属和下层金属间短路；氧化物质要求无针孔和空隙。36、氧化的化学反应：干氧：Si(固态)+O2(气态)SiO2(固态)湿氧：Si(固态)+H2O(气态)SiO2(固态)+2H2(气态)湿氧反应会产生一层二氧化硅膜和氢气。潮湿环境有更快的生长速率是由于水蒸气比氧气在二氧化硅中扩散更快、溶解度更高。湿氧反应生成的氢分子会束缚在固态的二氧化硅层内，使得氧化层的密度比干氧小。这种情况可通过在惰性气体中加热氧化物来改善，以得到与干氧生长相似的氧化膜结构和性能。/37、影响氧化物生长的因素：①温度②H2O③掺杂效应：重掺杂的硅要比轻掺杂的氧化速率快。④晶向：线性氧化速率依赖于晶向的原因是(111)面的硅原子密度比(100)面的大。因此在线性阶段，(111)硅单晶的氧化速率将比(100)稍快，但(111)的电荷堆积要多。在抛物线阶段，抛物线速率系数B不依赖于硅衬底的晶向。对于(111)和(100)向，在抛物线阶段的氧化生长速率没有差别。⑤压力效应：生长速率将随着压力增大而增大。高压的方法可降低热预算：允许降低温度但仍保持不变的氧化速率，或者在相同温度下获得更快的氧化生长。⑥等离子增强：给硅施以比等离子区低的偏压，这可使硅片收集等离子区内的电离氧。这种行为导致硅的快速氧化，并且允许氧化物生长在低于600℃的温度下进行。这一技术带来的问题是产生颗粒、较高的膜应力以及比热生长氧化要差的膜质量。38、用于热工艺的基本设备：卧式炉、立式炉、快速热处理(RTP)；39、RTP的主要优点：①减少热预算②硅中杂质运动最小③减少沾污，因为冷壁(coldwall)加热-④由于较小的