半導體工藝實(shí)習報告

半導體工藝實(shí)習報告

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半導體工藝實(shí)習報告

從1948年發(fā)明了晶體管，1960年集成電路問(wèn)世，1962年出現第一代半導體激光器到如今21世紀的光電子時(shí)代，半導體制造工藝飛速發(fā)展著(zhù)。而作為一名集成電路專(zhuān)業(yè)的本科學(xué)生，工藝實(shí)習無(wú)疑成為了我們的常做之事。在剛剛結束的兩次半導體工藝實(shí)習課上，通過(guò)老師的耐心指導，我受益匪淺。 在第一次課程上，我首先見(jiàn)證了沙子的不甘平庸。硅是作為集成電路的基礎性材料，而沙子則是提取硅最主要的來(lái)源。硅主要是由于它有一下幾個(gè)特點(diǎn)：原料充分;硅晶體表面易于生長(cháng)穩定的氧化層，這對于保護硅表面器件或電路的結構、性質(zhì)很重要;重量輕，密度只有2.33g/cm3;熱學(xué)特性好，線(xiàn)熱膨脹系數小，

2.5*10-6/℃，熱導率高，1.50W/cm℃;單晶圓片的缺陷少，直徑大，工藝性能好;機械性能良好等。在掌握了硅的優(yōu)點(diǎn)之后，熟悉了單晶硅的生長(cháng)。采用熔體生長(cháng)法制備單晶硅棒：多晶硅→熔體硅→單晶硅棒。單晶硅的生長(cháng)原理為：固體狀態(tài)下原子的排列方式有無(wú)規則排列的非晶態(tài)，也可以成為規則排列的晶體，其決定

1物

2熔融液體的粘度，粘度表因素有三方面:○質(zhì)的本質(zhì)，即原子以哪種方式結合;○

3熔融液體的冷卻速度，冷卻速度快，到達結晶征流體中發(fā)生相對運動(dòng)的阻力;○

溫度原子來(lái)不及重新排列就降更低溫度，最終到室溫時(shí)難以重組合成晶體，可以將無(wú)規則排列固定下來(lái)。

了解硅之后，又見(jiàn)識到了半導體材料的奇特。半導體：導電能力介于導體與絕緣體之間的物質(zhì)。半導體材料是一類(lèi)具有半導體性能、可用來(lái)制作半導體器件和集成電的電子材料，其電導率在10(U-3)～10(U-9)歐姆/厘米范圍內。半導體材料的電學(xué)性質(zhì)對光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導體材料中摻入少量雜質(zhì)可以控制這類(lèi)材料的電導率。正是利用半導體材料的這些性質(zhì)，才制造出功能多樣的半導體器件。 半導體材料是半導體工業(yè)的基礎，它的發(fā)展對半導體技術(shù)的發(fā)展有極大的影響。半導體材料的導電性對某些微量雜質(zhì)極敏感。純度很高的半導體材料稱(chēng)為本征半導體，常溫下其電阻率很高，是電的不良導體。在高純半導體材料中摻入適當雜質(zhì)后，由于雜質(zhì)原子提供導電載流子，使材料的電阻率大為降低。這種摻雜半導體常稱(chēng)為雜質(zhì)半導體。雜質(zhì)半導體靠導帶電子導電的稱(chēng)N型半導體，靠?jì)r(jià)帶空穴導電的稱(chēng)P型半導體。不同類(lèi)型半導體間接觸(夠成PN結)或半導體與金屬接觸時(shí)，因電子(或空穴)濃度差而產(chǎn)生擴散，在接觸處形成位壘，因而這類(lèi)接觸具有單向導電性。利用PN結的單向導電性，可以制成具有不同功能的半導體器件，如二極管、三極管、晶閘管等。此外，半導體材料的導電性對外界條件(如熱、光、電、磁等因素)的變化非常敏感，據此可以制造各種敏感元件，用于信息轉換。

在了解完材料之后，老師帶領(lǐng)著(zhù)我們揭開(kāi)了集成電路基本制造工藝的真正面紗。其基本的工藝步驟為：氧化層生長(cháng)、熱擴散、光刻、離子注入、淀積(蒸發(fā))和刻蝕等步驟。

(一)氧化氧化是在硅片表面生長(cháng)一層二氧化硅(2iSO)膜的過(guò)程。這層膜的作用是：保護和鈍化半導體表面：作為雜質(zhì)選擇擴散的掩蔽層;用于電極引線(xiàn)和其下面硅器件之間的絕緣;用作MOS電容和MOS器件柵極的介電層等等。

(二)擴散半導體工藝中擴散是雜質(zhì)原子從材料表面向內部的運動(dòng)。和氣體在空氣中擴散的情況相似，半導體雜質(zhì)的擴散是在800-1400℃溫度范圍內進(jìn)行。從本質(zhì)上來(lái)講，擴散是微觀(guān)離子作無(wú)規則的熱運動(dòng)的統 計結果。這種運動(dòng)總是由離子濃度較高的地方向著(zhù)濃度較低的地方進(jìn)行，而使得離子得分布逐漸趨于均勻;濃度差別越大，擴散也越快。根據擴散時(shí)半導體表面雜質(zhì)濃度變化的情況來(lái)區分，擴散有兩類(lèi)，即無(wú)限雜質(zhì)源擴散(恒定表面源擴散)和有限雜質(zhì)源擴(有限表面源擴散)。

(三)光刻光刻是一種復印圖象和化學(xué)腐蝕相接合的綜合技術(shù)。它先采用照相復印的方法，將事先制好的光刻板上的圖象精確地、重復地印在涂有感光膠的2iSO層(或AL層上)，然后利用光刻膠的選擇性保護作用對2iSO層(或AL層)進(jìn)行選擇性的化學(xué)腐蝕，從而在2iSO層(或AL層)刻出與光刻版相應的圖形。

(四)薄膜淀積 淀積是在硅片上淀積各種材料的薄膜，可以采用真空蒸發(fā)鍍膜、濺射或化學(xué)汽相淀積(CVD)等方法淀積薄膜。在真空蒸發(fā)淀積時(shí)，固體蒸發(fā)源材料被放在10-5Torr的真空中有電阻絲加熱至蒸發(fā)臺，蒸發(fā)分子撞擊到較冷的硅片，在硅片表面冷凝形成約1um厚的固態(tài)薄膜。更為先進(jìn)的電子束蒸發(fā)利用高壓加速并聚焦的電子束加熱蒸發(fā)源使之淀積在硅片

表面和離子注入、淀積(在硅片上淀積各種材料的薄膜)、刻蝕(去除無(wú)保護層的表面材料的過(guò)程)。

第二次課上，通過(guò)觀(guān)擦學(xué)長(cháng)與老師的現場(chǎng)操作，我學(xué)習到了如何驗證三極管的偏差值。并掌握了三極管的使用與PN節的功率特性曲線(xiàn)等，這對我以后的實(shí)驗與學(xué)習奠定了很好的基礎。通過(guò)查閱資料和老師講解，我還了解到了摩爾定律。

摩爾定律是由英特爾(Intel)創(chuàng )始人之一戈登摩爾(Gordon Moore)提出來(lái)的。其內容為：當價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個(gè)月便會(huì )增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買(mǎi)到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。摩爾定律并非數學(xué)、物理定律，而是對發(fā)展趨勢的一種分析預測，因此，無(wú)論是它的文字表述還是定量計算，都應當容許一定的寬裕度。從這個(gè)意義上看，摩爾的預言是準確而難能可貴的，所以才會(huì )得到業(yè)界人士的公認，并產(chǎn)生巨大的反響。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。盡管這種趨勢已經(jīng)持續了超過(guò)半個(gè)世紀，摩爾定律仍應該被認為是觀(guān)測或推測，而不是一個(gè)物理或自然法。預計定律將持續到至少2015年或2020年。然而，2010年國際半導體技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖的更新增長(cháng)已經(jīng)放緩在2013年年底，之后的時(shí)間里晶體管數量密度預計只會(huì )每三年翻一番

“摩爾定律”對整個(gè)世界意義深遠。在回顧多年來(lái)半導體芯片業(yè)的進(jìn)展并展望其未來(lái)時(shí)，信息技術(shù)專(zhuān)家們認為，在以后“摩爾定律”可能還會(huì )適用。但隨著(zhù)晶體管電路逐漸接近性能極限，這一定律終將走到盡頭。

通過(guò)這次的工藝實(shí)習，我相信同學(xué)們和我一樣受益頗多，同時(shí)對半導體工藝、微電子器件、半導體材料與半導體實(shí)驗等都有了初步的認識，對集成電路工程這個(gè)專(zhuān)業(yè)也有一個(gè)更加廣闊的了解。作為工科生的我們，必須在實(shí)驗中提升自己的能力與技術(shù)，所以

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