微电子工艺

第一章1.集成电路：通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如Si、GaAs）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能。

集成电路发展的五个时代及晶体管数目：小规模集成电路（小于100个）、中规模集成电路（100~999）、大规模集成电路（1000~99999）、超大规模集成电路（超过10万）、甚大规模集成电路（1000万左右）。

2、硅片制备（Wafer preparation）、硅片制造（Wafer fabrication）硅片测试/拣选（Wafer test/sort）、装配与封装（Assembly and packaging）、终测（Final test）。

3、半导体发展方向：提高性能、提高可靠性、降低价格。

摩尔定律：硅集成电路按照4年为一代，每代的芯片集成度要翻两番、工艺线宽约缩小30%，IC工作速度提高1.5倍等发展规律发展。

4、特征尺寸也叫关键尺寸，集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸。

5、more moore定律：芯片特征尺寸的不断缩小。

从几何学角度指的是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小，more than moore定律:指的是用各种方法给最终用户提供附加价值，不一定要缩小特征尺寸，如从系统组件级向3D集成或精确的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。

6、High-K：高介电系数；low-K:低介电系数；Fabless：无晶圆厂；Fablite：轻晶片厂；IDM：Integrated Device Manufactory集成器件制造商；Foundry:专业代工厂；Chipless:无晶片1、原因：更大直径硅片，更多的芯片，单个芯片成本减少；更大直径硅片，硅片边缘芯片减小，成品率提高；提高设备的重复利用率。

硅片尺寸变化：2寸（50mm）-4寸（100mm）-5寸（125mm）-6寸（150mm）-8寸（200mm）-12寸（300mm）-18寸（450mm）.2、物理尺寸、平整度、微粗糙度、氧含量、晶体缺陷、颗粒、体电阻率。

1.硅作为电子材料的优点·原料充分，占地壳25%，沙子是硅在自然界中存在的主要形式；·硅晶体表面易于生长稳定的氧化层，这对于保护硅表面器件或电路的结构、性质很重要； ·密度只有2.33g/cm3，是锗/砷化镓的43.8%，用于航空、航天；·热学特性好，线热膨胀系数小，2.5*10-6/℃ ，热导率高，1.50W/cm ·℃，芯片散热； ·单晶圆片的缺陷少，直径大，工艺性能好，目前16英寸；·机械性能良好，MEMS 。

2.硅晶体缺陷——点缺陷·本征缺陷（晶体中原子由于热运动） 空位 A ：晶格硅原子位置上出现空缺；自填隙原子B ：硅原子不在晶格位置上，而处在晶格位置之间。

·杂质（非本征缺陷：硅以外的其它原子进入硅晶体） 替位杂质C 填隙杂质D 注：·肖特基缺陷：空位缺陷； ·弗伦克尔（Frenkel ）缺陷：原子热运动脱离晶格位置进入晶格之间，形成的空穴和自填隙的组合；·填隙杂质在微电子工艺中是应尽量避免的，这些杂质破坏了晶格的完整性，引起点阵的 变，但对半导体晶体的电学性质影响不大； ·替位杂质通常是在微电子工艺中有意掺入的杂质。

例如，硅晶体中掺入Ⅲ、Ⅴ族替位杂质， 目的是调节硅晶体的电导率；掺入贵金属Au 等，目的是在硅晶体中添加载流子复合中心， 缩短载流子寿命。

3.硅晶体缺陷——线缺陷·线缺陷最常见的就是位错。

位错附近，原子排列偏离了严格的周期性，相对位置发生了错 乱。

位错可看成由滑移形成，滑移后两部分晶体重新吻合。

在交界处形成位错。

用滑移矢量表征滑移量大小和方向。

·位错主要有刃位错和螺位错刃（形）位错：晶体中插入了一列原子或一个原子面，位错线AB与滑移矢量垂直； 螺（旋）位错：一族平行晶面变成单个晶面所组成的螺旋阶梯，位错线AD 与滑移矢量平kT E v v e N n /0-=νkTE i i i e N n /0-=1 23 BA 缺陷附近共价键被压缩1、拉长2、悬挂3，存在应力·刃形位错的两种运动方式：滑移和攀移。

微电子工艺的流程
1. 硅片制备：
从高纯度的多晶硅棒开始，通过切割、研磨和抛光等步骤制成具有一定直径和厚度的单晶硅片（晶圆）。

2. 氧化层生长：
在硅片表面生长一层二氧化硅作为绝缘材料，这通常通过热氧化工艺完成。

3. 光刻：
使用光刻机将设计好的电路图案转移到光刻胶上，通过曝光、显影等步骤形成掩模版上的图形。

4. 蚀刻：
对经过光刻处理的硅片进行干法或湿法蚀刻，去除未被光刻胶覆盖部分的硅或金属层，形成所需的结构。

5. 掺杂：
通过扩散或离子注入技术向硅片中添加特定元素以改变其电学性质，如N型或P型掺杂，形成PN结或晶体管的源极、漏极和栅极。

6. 薄膜沉积：
包括物理气相沉积（PVD，如溅射）和化学气相沉积（CVD），用于在硅片上沉积金属互连、导体、半导体或绝缘介质层。

7. 平坦化：
随着制作过程中的多次薄膜沉积，可能需要进行化学机械平坦化（CMP）处理，确保后续加工时各层间的均匀性。

8. 金属化与互联：
制作金属连线层来连接不同功能区，通常采用铝、铜或其他低电阻金属，并利用过孔实现多层布线之间的电气连接。

9. 封装测试：
完成所有芯片制造步骤后，对裸片进行切割、封装以及质量检测，包括电气性能测试、可靠性测试等。

微电子工艺的流程一、工艺步骤1. 材料准备：微电子工艺的第一步是准备好需要的材料，这些材料包括硅片、硼化硅、氧化铝、金属等。

其中，硅片是制造半导体芯片的基本材料，它具有优良的导电性和导热性能，而硼化硅和氧化铝则用于作为绝缘层和保护层。

金属材料则用于连接不同的电路元件。

2. 清洗：在进行下一步的工艺之前，需要对硅片进行清洗，以去除表面的杂质和污垢。

常用的清洗方法包括浸泡在溶剂中、超声波清洗等。

清洗后的硅片表面应平整光滑，以便后续的工艺步骤能够顺利进行。

3. 刻蚀：刻蚀是微电子工艺中的重要步骤，它用于在硅片表面上形成需要的电路图案。

刻蚀一般采用化学法或物理法，化学法包括湿法刻蚀和干法刻蚀，物理法包括离子束刻蚀、反应离子刻蚀等。

刻蚀后，硅片表面将形成不同深度和形状的电路结构。

4. 清洗：刻蚀后的硅片需要再次进行清洗，以去除刻蚀产生的残留物，并保证表面的平整度和清洁度。

清洗一般采用流动水冲洗、超声波清洗等方法。

5. 沉积：沉积是在硅片表面上沉积一层薄膜来形成电路元件或连接线的工艺步骤。

常用的沉积方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、离子束沉积等。

沉积后，硅片表面将形成具有特定性能和功能的导电膜或绝缘膜。

6. 光刻：光刻是将需要的电路图案投射在硅片表面上的工艺步骤。

光刻过程中，先在硅片表面涂上感光胶，然后利用光刻机将光阴影形成在感光胶上，最后用化学溶液溶解感光胶，形成需要的电路结构。

光刻过程需要高精度的设备和技术支持。

7. 离子注入：离子注入是将控制的离子注入硅片表面形成电子器件的重要工艺步骤。

通过控制注入的离子种类、注入能量和注入剂量，可以形成不同性能和功能的电子器件。

离子注入是微电子工艺中的关键技术之一。

8. 清洗和检测：在工艺步骤完成后，硅片需要再次进行清洗和检测，以确保电路结构和性能符合要求。

清洗和检测一般采用高精度的设备和技术支持，包括扫描电子显微镜、原子力显微镜等。

二、工艺参数和设备微电子工艺需要严格控制各种工艺参数，包括温度、压力、流量、时间等。

1.干法氧化，湿法氧化和水汽氧化三种方式的优缺点。

20XX级《微电子工艺》复习提纲一.衬底制备1.硅单晶的制备方法。

直拉法悬浮区熔法1.硅外延多晶与单晶生长条件。

任意特左淀积温度下，存在最大淀积率，超过最大淀积率生成多晶薄膜，低于最大淀积率，生成单晶外延层。

三.薄膜制备1 •氧化干法氧化：干燥纯净氧气湿法氧化：既有纯净水蒸汽有又纯净氧气水汽氧化：纯净水蒸汽速度均匀重复性结构掩蔽性干氧慢好致密好湿氧快较好中基本满足水汽最快差疏松差2.理解氧化厚度的表达式和曲线图。

二氧化硅生长的快慢由氧化剂在二氧化硅中的扩散速度以及与硅反应速度中较慢的一个因素决左；当氧化时间很长时，抛物线规律，当氧化时间很短时，线性规律。

3.温度、气体分压、晶向、掺杂情况对氧化速率的影响。

温度：指数关系，温度越髙，氧化速率越快。

气体分压：线性关系，氧化剂分压升高，氧化速率加快晶向：(111)面键密度大于(100)而，氧化速率髙：髙温忽略。

掺杂：掺杂浓度高的氧化速率快：4.理解采用「法热氧化和掺氯措施提高栅氧层质量这个工艺。

m寧二氧化硅特恂提高氧化质量。

干法氧化中掺氯使氧化速率可提高1%$%。

四s薄膜制备2•化学气相淀积CVD1.三种常用的化学气相淀积方式，在台阶覆盖能力，呈膜质量等各方而的优缺点。

常压化学气相淀积APCVD：操作简单淀积速率快，台阶覆盖性和均匀性差低压化学气相淀积LPCVD：台阶覆盖性和均匀性好，对反应式结构要求不高，速率相对低，工作温度相对高，有气缺现象PECVD：温度低，速率高，覆盖性和均匀性好，主要方式。

2.本征SiCh，磷硅玻璃PSG,硼磷硅玻璃BPSG的特性和在集成电路中的应用。

USG：台阶覆盖好，黏附性好，击穿电压高，均匀致密：介质层，掩模(扩散和注入)，钝化层，绝缘层。

PSG：台阶覆盖更好，吸湿性强，吸收碱性离子BPSG：吸湿性强，吸收碱性离子，金属互联层还有用(具体再查书)。

3.热生长SiO2和CVD淀积SiO?膜的区别。

微电子封装工艺流程微电子封装工艺是指将微电子器件封装起来，以保护器件内部结构并方便与外部电路连接交互的工艺流程。

下面是一个简要的微电子封装工艺流程。

首先，需要准备好封装基板。

封装基板通常由高热传导性材料制成，例如陶瓷或金属，以确保器件在工作时能够迅速散热。

基板需要经过清洗和表面处理，以便后续工艺步骤的顺利进行。

接下来是芯片粘接。

将芯片粘接到基板上是封装过程中的重要一步。

通常采用粘合剂将芯片固定在基板上。

粘接剂需要具有良好的粘附力和导热性能，以确保芯片与基板之间能够有效传递热量。

接着是线缆连接。

线缆连接是将芯片内部的电连接到外部电路的关键步骤。

常用的线缆连接方式有焊接和微焊接。

焊接是通过加热导线和焊盘使其相互熔接，形成可靠的电连接。

微焊接则是采用微小尺寸的焊盘和导线进行连接，以满足封装器件的小尺寸要求。

紧接着是封装密封。

为了保护器件内部结构免受外部环境的侵蚀和损坏，需要对器件进行密封。

常用的密封方式有环氧树脂封装和金属封装。

环氧树脂封装将芯片包裹在保护层中，形成一个紧密的密封结构，以防止封装器件受到潮湿、灰尘等外部因素的影响。

金属封装则是利用金属外壳将芯片封装起来，提供更高的机械保护和散热性能。

最后是封装测试。

在封装完成后，需要对封装器件进行功能性测试和可靠性测试，以确保器件的性能和质量。

功能性测试包括电性能测试和信号测试，可靠性测试则是针对器件在不同环境和工作条件下的长期稳定性进行测试。

综上所述，微电子封装工艺流程包括准备封装基板、芯片粘接、线缆连接、封装密封和封装测试等步骤。

这些步骤都需要严格的操作和控制，以确保封装器件的质量和可靠性。

随着技术的不断进步，微电子封装工艺也在不断演进，逐渐实现更小尺寸、更高性能和更可靠的封装方案。

2022《微电子工艺》复习提纲一、衬底制备1. 硅单晶两种制备方法及比较。

直拉法：该法是在直拉单晶氯内，向盛有熔硅坩锅中，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按照籽晶的方向长大。

其优点是晶体被拉出液面不与器壁接触，不受容器限制，因此晶体中应力小，同时又能防止器壁沾污或接触所可能引起的杂乱晶核而形成多晶。

区溶法：使圆柱形硅棒用高频感应线圈在氩气气氛中加热，使棒的底部和在其下部靠近的同轴固定的单晶籽晶间形成熔滴，这两个棒朝相反方向旋转。

然后将在多晶棒与籽晶间只靠表面张力形成的熔区沿棒长逐步移动，将其转换成单晶。

区熔法可用于制备单晶和提纯材料，还可得到均匀的杂质分布。

这种技术可用干生产纯度很高的半导体、金属、合金、无机和有机化合物晶体。

2.硅的掺杂和导电特性：包括杂质种类、杂质能级和激活能。

掺杂剂可在拉制前一次性加入；也可在拉制过程中分批加入，持续不断地加入高纯度的多晶硅于融体中，使初始的掺杂浓度维持不变；均匀掺杂分布，可由高拉制速率和低旋转速率获得。

硅的p型杂质一般为硼B，n型杂质一般为磷P和砷As。

p型/n型杂质的能级在禁带中靠近价带顶和导带底，均为浅能级。

3. 硅单晶的晶向表示方法和硅的原子密度。

晶向—空间点阵中由结点连成的结点线和平行于结点线的方向。

实验中确定晶向：光图定向硅的原子密度为5.00x10^22/cm34. 硅单晶圆片的制作方法。

切：金刚石刀切晶锭成晶圆，沿（100）面或（111）面1/3的原料损耗磨：机械研磨，消除切割留下的划痕。

抛：抛光二、外延生长1. 外延的定义。

在一定条件下，通过一定方法获得所需原子，并使这些原子有规则地排列在衬底上；在排列时控制有关工艺条件，使排列的结果形成具有一定导电类型、一定电阻率、一定厚度。

2. 硅外延方法。

四氯化硅（SiCl4）氢气还原法。

硅外延层一般采用气相外延的方法制备。

3. 用Grovel模型分析四氯化硅氢气还原法外延制备硅的外延速率。