《半导体器件加工》课件.pptVIP

半导体器件加工

课程介绍：半导体行业的重要性信息时代的基石半导体器件是现代信息技术的基石，广泛应用于计算机、通信、消费电子等领域。没有半导体器件，就没有我们今天所享受的便捷生活。国家战略的关键半导体产业是国家战略的关键组成部分，对国家安全和经济发展具有重要意义。掌握半导体核心技术，才能在国际竞争中占据优势。技术创新的引擎

半导体器件加工概述：流程与分类硅片制造从石英砂提炼高纯硅，再经过熔融、生长，最终形成单晶硅棒，并切割成硅片。这是半导体器件加工的基础。晶圆制造在硅片上进行一系列复杂的工艺，包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积等，形成微小的电路结构。封装测试

单晶硅的制备：直拉法(CZ)1原理将多晶硅熔融在石英坩埚中，利用籽晶缓慢拉出单晶硅棒。通过控制温度梯度和拉速，实现单晶硅的生长。2优点成本较低，产量较高，适用于大规模生产。可以制备较大尺寸的单晶硅棒，满足不同应用的需求。缺点

单晶硅的制备：区熔法(FZ)原理利用感应加热器在硅棒上形成熔融区，通过缓慢移动熔融区，将杂质推向硅棒的一端，从而获得高纯度的单晶硅。优点硅中氧含量极低，纯度非常高，适用于高端器件的制造。可以制备电阻率均匀性好的单晶硅。缺点成本较高，产量较低，不适用于大规模生产。难以制备较大尺寸的单晶硅棒，对某些应用有一定的限制。

硅片加工：切割与研磨1切割将单晶硅棒切割成薄片，形成硅片。常用的切割方法包括金刚线切割和内圆切割。切割后的硅片表面粗糙，需要进行研磨。2研磨利用磨料对硅片表面进行平整化处理，去除切割过程中产生的损伤层，并提高硅片的表面粗糙度。研磨后的硅片表面仍然存在微小的划痕，需要进行抛光。

硅片加工：抛光与清洗抛光利用化学机械抛光(CMP)技术，对硅片表面进行精细的平整化处理，使其达到原子级别的平整度。抛光后的硅片表面光亮如镜，适合进行后续的器件制造。1清洗去除硅片表面的污染物，包括有机物、金属离子和颗粒。常用的清洗方法包括RCA清洗和超声波清洗。清洗后的硅片需要进行干燥和检测，确保其清洁度和质量。2

外延生长：气相外延(VPE)原理在高温下，将含有半导体材料的газообразные分子输送到硅片表面，通过化学反应，在硅片上生长一层单晶薄膜。VPE可以生长各种半导体材料，包括硅、锗和砷化镓。优点生长速率快，成本较低，适用于大规模生产。可以生长掺杂浓度和厚度可控的外延层。缺点对газообразные分子的纯度要求较高，容易引入杂质。难以生长超薄和多层结构的薄膜。

外延生长：分子束外延(MBE)原理在超高真空条件下，利用分子束源将半导体材料分子喷射到硅片表面，通过物理沉积，在硅片上生长一层单晶薄膜。MBE可以精确控制薄膜的厚度和组分。优点可以生长超薄和多层结构的薄膜，适用于制备量子器件和光电子器件。可以实现原子级别的界面控制。缺点生长速率慢，成本较高，不适用于大规模生产。对真空度和分子束源的稳定性要求较高。

热氧化：干氧氧化1原理在高温下，将硅片暴露于干燥的氧气中，使硅片表面与氧气发生化学反应，生成二氧化硅薄膜。干氧氧化可以获得高质量的二氧化硅薄膜。2优点二氧化硅薄膜的质量高，界面态密度低，适用于制备MOSFET的栅氧化层。可以获得厚度均匀性好的二氧化硅薄膜。3缺点氧化速率慢，需要较高的温度和较长的时间。容易在硅片表面形成应力，影响器件性能。

热氧化：湿氧氧化原理在高温下，将硅片暴露于含有水蒸气的氧气中，使硅片表面与氧气和水蒸气发生化学反应，生成二氧化硅薄膜。湿氧氧化的氧化速率比干氧氧化快。优点氧化速率快，可以降低氧化温度和时间。适用于制备厚度较大的二氧化硅薄膜。缺点二氧化硅薄膜的质量不如干氧氧化，界面态密度较高。容易引入杂质，影响器件性能。

扩散：固态扩散1原理将含有掺杂剂的固体源置于高温炉中，使掺杂剂原子扩散到硅片中，从而改变硅片的电学性质。固态扩散是一种传统的掺杂方法。2优点工艺简单，成本较低，适用于大规模生产。可以实现较高的掺杂浓度。3缺点掺杂浓度和深度难以精确控制，容易产生横向扩散。对硅片的表面洁净度要求较高。

扩散：气态扩散原理将含有掺杂剂的газообразные分子输送到硅片表面，使掺杂剂原子扩散到硅片中，从而改变硅片的电学性质。气态扩散可以更精确地控制掺杂浓度和深度。1优点掺杂浓度和深度可控，可以获得较浅的结深。适用于制备高性能的半导体器件。2缺点工艺复杂，成本较高，不适用于大规模生产。对газообразные分子的纯度要求较高。3

离子注入：原理与工艺原理利用高能离子束将掺杂剂原子注入到硅片中，从而改变硅片的电学性质。离子注入是一种现代的掺杂方法，可以精确控制掺杂浓度和深度。优点掺杂浓度和深度可控，可以获得超浅的结深。适用于制备超大规模集成电路(ULSI)。工艺离子注入过程需要精确控制离子束的能量、剂