微电⼦⼯艺引论
硅⽚、芯⽚的概念
硅⽚：制造电⼦器件的基本半导体材料硅的圆形单晶薄⽚ 芯⽚：由硅⽚⽣产的半导体产品
什么是微电⼦⼯业技术？微电⼦⼯业技术主要包括哪些技术？ 微电⼦⼯艺技术：在半导体材料芯⽚上采⽤微⽶级加⼯⼯艺制造微⼩型化电⼦元器件和微型化电路技术。包括超精细加⼯技术、薄膜⽣长和控制技术、⾼密度组装技术、过程检测和过程控制技术等
集成电路制造涉及的5个⼤的制造阶段的内容
集成电路制造阶段：硅⽚制备、芯⽚制造、芯⽚测试/拣选、装配与封装、终测
IC⼯艺前⼯序，IC⼯艺后⼯序，以及IC⼯艺辅助⼯序
IC⼯艺前⼯序：
薄膜制备技术：主要包括外延、氧化、化学⽓相淀积、物理⽓相淀积(如溅射、蒸发)等 掺杂技术：主要包括扩散和离⼦注⼊等技术
图形转换技术：主要包括光刻、刻蚀等技术
IC⼯艺后⼯序：划⽚、封装、测试、⽼化、筛选
IC⼯艺辅助⼯序：超净⼚房技术；超纯⽔、⾼纯⽓体制备技术；光刻掩膜版制备技术；材料准备技术
微芯⽚技术发展的主要趋势
提⾼芯⽚性能（速度、功耗）
提⾼芯⽚可靠性（低失效）
降低芯⽚成本（减⼩特征尺⼨，增加硅⽚⾯积，制造规模）
什么是关键尺⼨（CD）？
芯⽚上的物理尺⼨特征称为特征尺⼨
特别是硅⽚上的最⼩特征尺⼨，也称为关键尺⼨或CD
半导体材料
平面度测试仪
本征半导体和⾮本征半导体的区别是什么？
本征半导体：不含任何杂质的纯净半导体，其纯度在99.999999%（8~10个9）
为何硅被选为最主要的半导体材料？
硅材料：疫苗伴侣
硅的丰裕度——制造成本低
熔点⾼(1412OC)——更宽的⼯艺限度和⼯作温度范围
SiO2的天然⽣成
GaAs相对硅的优点和缺点各是什么？
优点：
⽐硅更⾼的电⼦迁移率，⾼频微波信号响应好——⽆线和⾼速数字通信
抗辐射能⼒强——军事和空间应⽤
电阻率⼤——器件隔离容易实现
发光⼆极管和激光器
缺点
没有稳定的起钝化保护作⽤的⾃然氧化层
晶体缺陷⽐硅⾼⼏个数量级
成本⾼
圆⽚的制备
两种基本的单晶硅⽣产⽅法
直拉法（CZ法）、区熔法
晶体缺陷根据维数可分为哪四种？
a) 点缺陷—空位、⾃填隙等
b) 线缺陷—位错
c) ⾯缺陷—层错
d) 体缺陷
在线服务系统3. 画出圆⽚制备的基本⼯艺步骤流程图，并给出其任意三个步骤的主要作⽤
晶体⽣长、整型、切⽚、磨⽚倒⾓、刻蚀、抛光、清洗、检查、包装
磨⽚和倒⾓：切⽚完成后，传统上要进⾏双⾯的机械磨⽚以除去切⽚时留下的损伤，达到硅⽚两⾯⾼度的平⾏及平坦；硅⽚边缘抛光修整（⼜叫倒⾓）可使硅⽚边缘获得平滑的半径周线
切⽚：对于200mm的硅⽚，切⽚是⽤带有⾦刚⽯切割边缘的内圆切割机来完成的。
对于300mm的硅⽚，⽤线锯来切⽚，厚度⼀般在775±25微⽶。
清洗：半导体硅⽚必须被清洗使得在发送给芯⽚制造⼚之前达到超净的洁净状态
百花仙酒沾污控制
净化间污染分类
净化间沾污、颗粒、⾦属杂质、有机物沾污、⾃然氧化层、静电释放（ESD） 半导体制造中，可以接受的颗粒尺⼨的粗略法则
必须⼩于最⼩器件特征尺⼨的⼀半
⾦属污染的主要来源
a) 化学溶液
b) 半导体制造中的各种⼯序，如：离⼦注⼊
c) 化学品与传输管道反应
d) 化学品与容器反应
木胶粉
超净服的⽬标
超净服系统的⽬标是满⾜以下职能标准:
对⾝体产⽣的颗粒和浮质的总体抑制
超净服系统颗粒零释放
对ESD的零静电积累
⽆化学和⽣物残余物的释放纸碗
5. 什么是可动离⼦污染
⾦属杂质以离⼦形式出现，且是⾼度活动性
危害半导体⼯艺的典型⾦属杂质是碱⾦属。如钠，就是最常见的可移动离⼦沾污物，⽽且移动性最强6. 静电释放的概念及带来的问题
静电释放（ESD）:
也是⼀种形式的沾污，因为它是静电荷从⼀个物体向另⼀个物体未经控制地转移，可能损坏芯⽚
半导体制造中特别容易产⽣静电释放，因为硅⽚加⼯保持在较低的湿度中
静电释放带来的问题：
发⽣在⼏个纳秒内的静电释放能产⽣超过1A的峰值电流
蒸发⾦属导线和穿透氧化层
击穿栅氧化层的诱因
吸附颗粒到硅⽚表⾯
颗粒越⼩，静电的吸引作⽤就越明显
器件特征尺⼨的缩⼩，更需要严格控制硅⽚放电
7．芯⽚⽣产⼚房的7种污染源
空⽓、⼈、⼚房、⽔、⼯艺⽤化学品、⼯艺⽓体、⽣产设备
8．硅⽚表⾯的颗粒数与⼯艺步骤数之间的关系图
9、硅⽚清洗的⽬标
硅⽚清洗的⽬标——去除所有表⾯沾污、颗粒、有机物、⾦属、⾃然氧化层
⼯艺腔内的⽓体控制
1．⼯艺⽤⽓体通常分为哪两类？
通⽤⽓体：氧⽓(O2)、氮⽓(N2)、氢⽓(H2)、氦⽓(He)和氩⽓(Ar)，纯度要控制在7个9（99.99999%）以上
特殊⽓体：指⼀些⼯艺⽓体以及其它在半导体集成电路制造中⽐较重要的⽓体，纯度要控制在4个9（99.99%）以上2．常见的初级泵和⾼级泵
常见的两种初级泵：
a)⼲性机械泵
b)增压/调压泵：可处理⼤量⽓体⽽不需要润滑剂，增压器通常被称为罗茨增压泵
常见的两种⾼真空泵：
a)加速分⼦泵（涡轮泵）：是⼀种多⽤途、可靠的洁净泵，运作机理是机械化的压缩
b)冷凝泵：是⼀种俘获式泵，它通过使⽓体凝结并俘获在泵中的⽅式去除⼯艺腔体中的⽓体
3．质量流量计（MFC）的概念
利⽤⽓体的热传输特性，直接测量进⼊腔体的质量流量⽐率，来控制进⼊腔体的⽓流
4．残⽓分析器（RGA）最常⽤的⽤途和基本构成
⽤途：⽤来检验残留在已清空系统中的⽓体分⼦的类型、检漏、⼯艺中的故障查询。
基本构成：⼀个离⼦发⽣器、⼀个孔径、⼀个分析器和⼀个探测器。
基本构成：⼀个离⼦发⽣器、⼀个孔径、⼀个分析器和⼀个探测器。
氧化
1．氧化物的两种⽣产⽅式
热氧化⽣长、淀积
2．氧化层在芯⽚制造中有哪⼏⽅⾯的应⽤？
保护器件免受划伤和隔离污染
限制带电载流⼦场区隔离（表⾯钝化）
栅氧或储存器单元结构中的介质材料
掺杂中的注⼊掩蔽
⾦属导电层间的介质层】
3．表⾯钝化的概念
SiO2可以通过束缚Si的悬挂键，从⽽降低它的表⾯态密度，这种效果称为表⾯钝化。能防⽌电性能退化，并减少由潮湿、离⼦或其他外部污染物引起的漏电流的通路。
4．关于热氧化的两个化学反应
⼲氧氧化在没有⽔汽的氛围⾥进⾏，化学反应⽅程式为：
Si（固）+O2（⽓）→SiO2（固）
湿氧氧化有⽔汽参与，氧化反应速率较快，化学反应⽅程式为：
Si（固）+2H2O（⽔汽）→SiO2（固）+2H2（⽓）
5．氧化物⽣产
初始阶段：O与Si反应，在硅表⾯⽣成⼆氧化硅⽣成
继续氧化：⽣成的SiO2将阻挡O原⼦与Si原⼦直接接触，所以其后的继续氧化是O2原⼦通过扩散穿过已⽣成的⼆氧化硅层，向Si⼀侧运动到达界⾯进⾏反应⽽增厚的
线性阶段氧化物⽣长厚度：
X=(B/A)t
抛物线阶段
X=(Bt)1/2
X：氧化物⽣长厚度
B/A：为线性速率系数，温度升⾼系数增⼤
B：抛物线速率系数
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