半导体工艺流程总

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1、第一章概述从20世纪后半叶开始电子技术的发展速度是令人膛目结舌的，许多传统由机械技术支持的产品逐步改由电子技术来支持，例如数字CD播放机取代了磁带播放机，汽车发动机也由电子点火系统控制，电子计算机已深入到社会的各方面。所有这些电子产品都离不开半导体器件，目前微电子技术已进入甚大规模集成电路和系统集成时代，微电子技术已经成了整个信息时代的标志和基础。1.1半导体产业的发展半导体制造技术很复杂,要求许多特殊工艺步骤、材料、设备以及供应产业。半导体产业发展的基础是真空管电子学、无线电通信、固体物理等理论。放大电子信号的三极真空管是由LeeDeForest于1906年发明的，三

2、极管由三个部件构成，在一个抽空气体的玻璃容器中分别封入两个电极和一个栅极。为了使部件不被烧毁，同时还要保证电子能够在电极间传输，必须采用真空。真空管被用于开发第一台电子计算机(ENIAC)，ENIAC重达50吨、占地3000平方英尺、需要19000只真空管，并且使用相当于160个灯塔的电量.ENIAC除了体积大之外，它的主要缺点是伴随着真空管出现的问题。真空管体积大、不可靠以及耗电量大。由于会烧毁，真空管寿命有限。为了迎合迅速发展的电子市场的需求来生产体积小、可靠的电子产品，真空管显然不是优选技术。1947年贝尔实验室的威廉·肖克利(WilliamShockley)约

3、翰·巴丁(JohnBardeen)和沃尔特·布拉顿(WalterBrattain)发明了固态晶体管。晶体管的名字取自“跨导”和“变阻器”两词，提供了与真空管同样的电功能，但具有固态的显著优点：尺寸小、无真空、可靠、重量轻、最小的发热及低功耗。这一发现发动了以固体材料和技术为基础的现代半导体产业。1.2集成电路制造由半导体材料生产的半导体器件我们叫做芯片，仅具有单一功能的半导体器件称为分离元件。在半导体产业向前迈进的重要一步是将多个电子元件集成在一个半导体材料衬底上，就是集成电路。我们可大致以集成在一块芯片上的元件数划分集成时代(见表1.1)。电路集成的一个重要挑战是半

4、导体制造工艺的能力，在可接受的成本条件下改善加工技术，以生产高集成度的甚大规模集成电路芯片。可以在一片半导体材料圆片上同时制作几十甚至几百个特定的芯片，以硅片为例，硅片的直径多年来一直在增大，从最初的1英寸到现在常用的8英寸，正在进行向12英寸的转变。如果在一片硅片上有更多的芯片，制造集成电路的成本会大幅度降低。半导体器件的制作仅发生在接近硅片表面的几微米，在工艺加工过程中，硅片厚度提供硅片足够的强度。一旦器件在硅片上制作完毕，硅片上的金属线路层将作为器件和芯片外边的各种电信号之间的连接。集成电路的制造步骤涉及五个制造阶段:●硅片制备:在第一阶段，将硅从沙中提炼并纯化，

5、经过特殊工艺产生适当直径的硅锭，然后将硅锭切割成用于制造芯片的薄硅片。●芯片制造:裸露的硅片经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤，加工完的硅片具有永久刻蚀在硅片上的一整套集成电路。●硅片测试/拣选:每个芯片要进行探测和电学测试，拣选出可接受和不可接受的芯片，并为有缺陷的芯片做标记。●装配与封装:将制作好集成电路的硅片分割成单个芯片，好的芯片被压焊后密封在塑料或陶瓷壳内。●终测:为确保芯片的功能，要对每一个被封装的集成电路进行测试，以满足制造商的电学和环境的特性参数要求。芯片技术的发展有三个主要趋势:1．提高芯片性能判断芯片性能的一种通用方法是速度。器件做的越小，在芯

6、片上放置得越紧密，芯片的速度就会提高。还有使用材料，通过芯片表面的电路和器件来提高电信号的传输。芯片性能的另一重要方面是在器件工作过程中的功耗。摩尔定律1964年,戈登·摩尔,半导体产业先驱者和英特尔公司的创始人,预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一翻,后来在1975年被修正为预计每18个月翻一翻。(图1.1)2．提高芯片可靠性主要提高芯片寿命3.降低芯片成本减小特征尺寸增加硅片直径1.1可选择的半导体材料根据流经材料电流的不同可分为三类材料:导体；绝缘体；半导体。导体是电子容易以电流方式流过的材料,绝缘体是对电流通过具有很高阻值的材料,半导体这种材料很特殊,因

7、为它既能充当导体也能充当绝缘体。半导体材料具有较小的禁带宽度,其值介于绝缘体和导体之间。这个禁带宽度允许电子在获得能量时从价带跃迁到导带。这种行为在半导体被加热时发生,因而其导电性随温度增加而提高(对导体而言则正相反)。广泛用于半导体产业的各族元素特性概括于表1.2。1.4在半导体制造业中的职业半导体制造业中的职业途径分成三个主要方面:技师、工程师和管理人员。硅片制造技师:负责操作硅片制造设备,从事一些设备维护以其工艺和设备的基本故障查询。设备技师:负责查询故障并维护先进设备系统,以保证在硅片制造过程中设备能正确运行。设备工程师:专门从事