半导体生产工艺

半导体的生产工艺流程

1.晶圆制备：

晶圆制备是半导体生产的第一步，通常从硅片开始。首先，取一块纯度高达99.9999%的单晶硅，然后经过脱氧、精炼、单晶生长和棒状晶圆切割等步骤，制备出硅片。这些步骤的目的是获得高纯度、无杂质的单晶硅片。

2.晶圆加工：

晶圆加工是将硅片加工成具有特定电子器件的过程。首先，通过化学机械抛光（CMP）去除硅片上的表面缺陷。然后，利用光刻技术将特定图案投射到硅片上，并使用光刻胶保护未被刻蚀的区域。接下来，使用等离子刻蚀技术去除未被保护的硅片区域。这些步骤的目的是在硅片上形成特定的电子器件结构。

3.器件制造：

器件制造是将晶圆上的电子器件形成完整的制造流程。首先，通过高温扩散或离子注入方法向硅片中掺杂特定的杂质，以形成PN结。然后，使用化学气相沉积技术在硅片表面沉积氧化层，形成绝缘层。接下来，使用物理气相沉积技术沉积金属薄膜，形成电压、电流等电子元件。这些步骤的目的是在硅片上形成具有特定功能的电子器件。

4.封装测试：

封装测试是将器件封装成实际可使用的电子产品。首先，将器件倒装到封装盒中，并连接到封装基板上。然后，通过线缆或焊接技术将封装基板连接到主板或其他电路板上。接下来，进行电极焊接、塑料封装封装，形成具有特定外形尺寸和保护功能的半导体芯片。最后，对封装好的半导体芯片进行功能性测试和质量检查，以确保其性能和可靠性。

总结起来，半导体的生产工艺流程包括晶圆制备、晶圆加工、器件制造和封装测试几个主要步骤。这些步骤的有机组合使得我们能够生产出高性能、高效能的半导体器件，广泛应用于电子产品和信息技术领域。

填空20’ 简答20’ 判断10’ 综合50’

第一单元

1.一定温度，杂质在晶体中具有最大平衡浓度，这一平衡浓度就称为什么？

固溶度

2.按制备时有无使用坩埚分为两类，有坩埚分为？无坩埚分为？（P24）

有坩埚：直拉法、磁控直拉法

无坩埚：悬浮区熔法

3.外延工艺按方法可分为哪些？（P37）

气相外延、液相外延、固相外延和分子束外延

4.Wafer的中文含义是什么？目前常用的材料有哪两种？

晶圆；硅和锗

5.自掺杂效应与互扩散效应（P47-48）

左图：自掺杂效应是指高温外延时，高掺杂衬底的杂质反扩散进入气相边界层，又从边界层扩散掺入外延层的现象。自掺杂效应是气相外延的本征效应，不可能完全避免。

自掺杂效应的影响：

○1改变外延层和衬底杂质浓度及分布

○2对p/n或n/p硅外延，改变pn结位置

右图：互（外）扩散效应：指高温外延时，衬底中的杂质与外延层中的杂质互相扩散，引起衬底与外延层界面附近的杂质浓度缓慢变化的现象。

不是本征效应，是杂质的固相扩散带来（低温减小、消失）

6.什么是外延层？为什么在硅片上使用外延层？

1)在某种情况下，需要硅片有非常纯的与衬底有相同晶体结构的硅表面，还要保持对杂质类型和浓度的控制，通过外延技术在硅表面沉积一个新的满足上述要求的晶体膜层，该膜层称为外延层。

2)在硅片上使用外延层的原因是外延层在优化pn结的击穿电压的同时降低了集电极电阻，在适中的电流强度下提高了器件速度。外延在CMOS集成电路中变得重要起来，因为随着器件尺寸不断缩小它将闩锁效应降到最低。外延层通常是没有玷污的。

7.常用的半导体材料为何选择硅？

1）硅的丰裕度。硅是地球上第二丰富的元素，占地壳成分的25%；经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本。

2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限。硅 1412℃>锗 937℃。

3）更宽的工作温度。用硅制造的半导体件可以用于比锗 更宽的温度范围，增加了半导体的应用范围和可靠性。

Page 1 of 52 硅片生产工艺流程及注意要点

简介

硅片的准备过程从硅单晶棒开始，到清洁的抛光片结束，以能够在绝好的环境中使用。期间，从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求的硅片要经过很多流程和清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外，整个过程几乎都要在无尘的环境中进行。硅片的加工从一相对较脏的环境开始，最终在10级净空房内完成。

工艺过程综述

硅片加工过程包括许多步骤。所有的步骤概括为三个主要种类：能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料的性能；能减少不期望的表面损伤的数量；或能消除表面沾污和颗粒。硅片加工的主要的步骤如表1.1的典型流程所示。工艺步骤的顺序是很重要的，因为这些步骤的决定能使硅片受到尽可能少的损伤并且可以减少硅片的沾污。在以下的章节中，每一步骤都会得到详细介绍。

表1.1 硅片加工过程步骤

1. 切片

2. 激光标识

3. 倒角

4. 磨片

5. 腐蚀

6. 背损伤

7. 边缘镜面抛光

8. 预热清洗

9. 抵抗稳定——退火

10. 背封

11. 粘片

12. 抛光

13. 检查前清洗

14. 外观检查 Page 2 of 52 15. 金属清洗

16. 擦片

17. 激光检查

18. 包装/货运

切片（class 500k）

硅片加工的介绍中，从单晶硅棒开始的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗，也就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用的硅片。为了尽量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翘曲和最少量的刀缝损耗。切片过程定义了平整度可以基本上适合器件的制备。

切片过程中有两种主要方式——内圆切割和线切割。这两种形式的切割方式被应用的原因是它们能将材料损失减少到最小，对硅片的损伤也最小，并且允许硅片的翘曲也是最小。

切片是一个相对较脏的过程，可以描述为一个研磨的过程，这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅表面损伤。

硅片切割完成后，所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上清除。在这清除和清洗过程中，很重要的一点就是保持硅片的顺序，因为这时它们还没有被标识区分。

半导体的生产工艺流程

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一、洁净室

一般的机械加工是不需要洁净室(clean room)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。

为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁净室的来由。洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以class 10为例，意谓在单位立方英呎的洁净室空间内，平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵。

为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下：

1、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。

2、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。换言之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。

3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配，使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。

4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。

5、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴 (air shower) 的程序，将表面粉尘先行去除。

6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触 (在次微米制程技术的工厂内，工作人员几乎穿戴得像航天员一样。) 当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。