半导体制造技术复习总结
半导体制造技术复习总结
壮阳菜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
去新加坡需要什么手续c分析制造⼯艺 d硅⽚检测和微芯⽚测试
给哥哥的生日祝福
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胳膊的英文
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，G
aAs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(miconductor-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)+SiO
2
(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) SiHCl
3(g)+H
2
(g)
3.通过三氯硅烷和氢⽓反应来⽣成SGS SiHCl
3(g)+H
2
(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
阴影图
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
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, Focud 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；
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；
梦见尸块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
印花税计算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, B
5）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, RTP
6）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
33.CMOS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
著名诗人下层⾦属间短路；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②H2O ③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(cold wall)加热
④由于较⼩的腔体体积，可以达到清洁的⽓氛
⑤更短的加⼯时间（指循环时间）
40、RTP的热源：⼤多数的RTP采⽤多盏卤钨灯组装在⼀起作为热源。
41、RTP应⽤： 1）注⼊退⽕，以消除缺陷并激活和扩散杂质；
2）淀积膜的致密，如淀积氧化膜
3）硼磷硅玻璃（BPSG）回流； 4）阻挡层退⽕，如氮化钛(TiN)；
5）硅化物形成，如硅化钛(TiSi2)； 6）接触合⾦
42、热氧化的⽬标：按厚度要求⽣长⽆缺陷、均匀的SiO2膜。⼲法热氧化最常见的应⽤是⽣长⽤于栅氧的薄氧化膜。⽤⼲法氧化⽣长的⾼质量氧化物具有均匀的密度、⽆针孔、可重复的特点。
第⼗⼀章淀积
43、关键层(Critical layers)是指那些线条宽度被刻蚀为器件特征尺⼨(CD)的⾦属层。
对于ULSI，特征尺⼨的范围⼀般为：形成栅的多晶硅、氧结构以及距离硅⽚表⾯最近的⾦属层。关键层对于颗粒杂质（致命缺陷）很敏感，在⼩尺⼨情况下，可靠性问题（如电迁移）会更加显著。
44、⾮关键层(Noncritical layers)指处于上部的⾦属层，有更⼤的线宽。
对于颗粒沾污不够敏感；处于上部的⾮关键层的长导线长度等因素会影响芯⽚的速度和功耗。
45、薄膜特性：
