半導體工藝實習報告

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半導體工藝實習報告

從1948年發明了晶體管，1960年集成電路問世，1962年出現第一代半導體激光器到如今21世紀的光電子時代，半導體制造工藝飛速發展着。而作為一名集成電路專業的本科學生，工藝實習無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習課上，通過老師的耐心指導，我受益匪淺。 在第一次課程上，我首先見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源。硅主要是由於它有一下幾個特點：原料充分;硅晶體表面易於生長穩定的氧化層，這對於保護硅表面器件或電路的結構、性質很重要;重量輕，密度只有2.33g/cm3;熱學特性好，線熱膨脹係數小，

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。在掌握了硅的優點之後，熟悉了單晶硅的生長。採用熔體生長法制備單晶硅棒：多晶硅→熔體硅→單晶硅棒。單晶硅的生長原理為：固體狀態下原子的排列方式有無規則排列的非晶態，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:○質的本質，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，到達結晶徵流體中發生相對運動的阻力;○

温度原子來不及重新排列就降更低温度，最終到室温時難以重組合成晶體，可以將無規則排列固定下來。

瞭解硅之後，又見識到了半導體材料的奇特。半導體：導電能力介於導體與絕緣體之間的物質。半導體材料是一類具有半導體性能、可用來製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/釐米範圍內。半導體材料的電學性質對光、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可以控制這類材料的電導率。正是利用半導體材料的這些性質，才製造出功能多樣的半導體器件。 半導體材料是半導體工業的基礎，它的發展對半導體技術的發展有極大的影響。半導體材料的導電性對某些微量雜質極敏感。純度很高的半導體材料稱為本徵半導體，常温下其電阻率很高，是電的不良導體。在高純半導體材料中摻入適當雜質後，由於雜質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為雜質半導體。雜質半導體靠導帶電子導電的稱N型半導體，靠價帶空穴導電的稱P型半導體。不同類型半導體間接觸(夠成PN結)或半導體與金屬接觸時，因電子(或空穴)濃度差而產生擴散，在接觸處形成位壘，因而這類接觸具有單向導電性。利用PN結的單向導電性，可以製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，據此可以製造各種敏感元件，用於信息轉換。

在瞭解完材料之後，老師帶領着我們揭開了集成電路基本製造工藝的真正面紗。其基本的工藝步驟為：氧化層生長、熱擴散、光刻、離子注入、澱積(蒸發)和刻蝕等步驟。

(一)氧化氧化是在硅片表面生長一層二氧化硅(2iSO)膜的過程。這層膜的作用是：保護和鈍化半導體表面：作為雜質選擇擴散的掩蔽層;用於電極引線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原子從材料表面向內部的運動。和氣體在空氣中擴散的情況相似，半導體雜質的擴散是在800-1400℃温度範圍內進行。從本質上來講，擴散是微觀離子作無規則的熱運動的統 計結果。這種運動總是由離子濃度較高的地方向着濃度較低的地方進行，而使得離子得分佈逐漸趨於均勻;濃度差別越大，擴散也越快。根據擴散時半導體表面雜質濃度變化的情況來區分，擴散有兩類，即無限雜質源擴散(恆定表面源擴散)和有限雜質源擴(有限表面源擴散)。

(三)光刻光刻是一種複印圖象和化學腐蝕相接合的綜合技術。它先採用照相複印的方法，將事先制好的光刻板上的圖象精確地、重複地印在塗有感光膠的2iSO層(或AL層上)，然後利用光刻膠的選擇性保護作用對2iSO層(或AL層)進行選擇性的化學腐蝕，從而在2iSO層(或AL層)刻出與光刻版相應的圖形。

(四)薄膜澱積 澱積是在硅片上澱積各種材料的薄膜，可以採用真空蒸發鍍膜、濺射或化學汽相澱積(CVD)等方法澱積薄膜。在真空蒸發澱積時，固體蒸發源材料被放在10-5Torr的真空中有電阻絲加熱至蒸發台，蒸發分子撞擊到較冷的硅片，在硅片表面冷凝形成約1um厚的固態薄膜。更為先進的電子束蒸發利用高壓加速並聚焦的電子束加熱蒸發源使之澱積在硅片

表面和離子注入、澱積(在硅片上澱積各種材料的薄膜)、刻蝕(去除無保護層的表面材料的過程)。

第二次課上，通過觀擦學長與老師的現場操作，我學習到了如何驗證三極管的偏差值。並掌握了三極管的使用與PN節的.功率特性曲線等，這對我以後的實驗與學習奠定了很好的基礎。通過查閲資料和老師講解，我還了解到了摩爾定律。

摩爾定律是由英特爾(Intel)創始人之一戈登摩爾(Gordon Moore)提出來的。其內容為：當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。摩爾定律並非數學、物理定律，而是對發展趨勢的一種分析預測，因此，無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。從這個意義上看，摩爾的預言是準確而難能可貴的，所以才會得到業界人士的公認，併產生巨大的反響。這一定律揭示了信息技術進步的速度。儘管這種趨勢已經持續了超過半個世紀，摩爾定律仍應該被認為是觀測或推測，而不是一個物理或自然法。預計定律將持續到至少2015年或2020年。然而，2010年國際半導體技術發展路線圖的更新增長已經放緩在2013年年底，之後的時間裏晶體管數量密度預計只會每三年翻一番

“摩爾定律”對整個世界意義深遠。在回顧多年來半導體芯片業的進展並展望其未來時，信息技術專家們認為，在以後“摩爾定律”可能還會適用。但隨着晶體管電路逐漸接近性能極限，這一定律終將走到盡頭。

通過這次的工藝實習，我相信同學們和我一樣受益頗多，同時對半導體工藝、微電子器件、半導體材料與半導體實驗等都有了初步的認識，對集成電路工程這個專業也有一個更加廣闊的瞭解。作為工科生的我們，必須在實驗中提升自己的能力與技術，所以