半导体行业入门学习笔记分享
硅片的制备：
生产半导体级的硅（SGS）
1. 用碳加热硅石制备冶金级的硅
SiC(s)+SiO2(s)——Si(l)+SiO(g)+CO(g)
2. 将硅提纯生成三氯硅烷
Si(s)+3HCI(g)——SiHCI3(g)+H2(g)+加热
3. 利用西门子方法，通过三氯硅烷和氢气反应生成SGS
2SiHCI3(g)+2H2(g)——2Si(s)+6HCI(g)
生长单晶硅
CZ法：把融化了的半导体级硅液体变为有正确晶向的固体硅锭。
区熔法：纯度高，直径小。
更大的晶圆——更高的生产效率和更高的生产成品率
成品率=好芯片/总芯片
硅片中的晶体缺陷
点缺陷：空位缺陷、间隙原子缺陷、Frenkel缺陷（受生长速率和温度梯度影响）
位 错：不均匀的受冷或者受热以及超过硅片承受范围的应力
层 错：生产过程中的热影响或机械振动
整形
去掉两端，四探针测量电阻确定杂质均匀度
径向研磨，控制直径
硅片定位边（槽），主定位边标明晶向，次定位边表明晶向和导电类型
切片
磨片和倒角
磨片：使用垫片和带有磨料的浆料利用旋转的压力来完成。典型的浆料包括氧化铝或硅的碳化物和甘油。
倒角：边缘研磨，硅片边缘的裂痕会在硅片上产生机械应力并会产生位错。
刻蚀：为了消除硅片表面的损伤及沾污。
抛光：化学机械平坦化(CMP)
清洗
硅片评估
包装
质量检测：物理尺寸、平整度、微粗糙度、氧含量、晶体缺陷、颗粒、体电阻率。
沾污的控制：
沾污分为5类：颗粒；金属杂质；有机物沾污；自然氧化层；静电释放（ESD）
1. 颗粒：颗粒能引起电路开路和短路。
可以接受的颗粒尺寸的粗略法则是它必须小于最小器件特征尺寸的一半。
2. 金属杂质：典型的金属杂质是碱金属。
来源于化学溶液和各种工序。
3. 有机物沾污：指包含碳的物质
来源：细菌、润滑剂、蒸汽、清洁剂、溶剂、潮气等。
4. 自然氧化层：暴露于空气或者含溶解氧的去离子水中会生成
妨碍其他工艺步骤；包含金属杂质；阻挡电学连接。
5. 静电释放：产生于两种不同静电势的材料接触或摩擦。
放电会击穿栅氧化层、蒸发金属导体连线；吸引带电颗粒和中性颗粒。
沾污源：空气、人、厂房、水、工艺用化学品、工艺气体、生产设备
1. 空气：控制净化间的空气质量。
2. 人：穿着超净服；进入前进行一定程序的清洁；控制带入的物品；缓慢移动。
3. 厂房：净化间布局；选择层状气流；过滤空气；控制温度、湿度；采用静电消耗性的材料；ESD接地；空气电离。
4. 水：使用超纯去离子水（不允许含有：溶解离子、有机材料、颗粒、细菌、硅土、溶解氧）
5. 工艺用化学用品：进行过滤
6. 工艺气体：过滤器不会产生颗粒或释放有机沾污
7. 生产设备：每进行一步工艺步骤都进行清洗
使用不锈钢作为工作台面和净化间设备材料。
湿法清洗：去除颗粒、有机物、金属离子、自然氧化层。
RCA清洗：1号标准清洗液（SC-1）去除颗粒和有机物
2号标准清洗液（SC-2）去除硅片表面的金属
湿法清洗设备：兆声、喷雾清洗、刷洗器、水清洗、甩干。
RCA替代方案：干法清洗（适用群集设备）、蛰合剂（去除金属离子）、臭氧（去除金属和轻有机物）、低温喷雾清洗（去除颗粒沾污）
掺杂：热扩散和离子注入
热扩散
预淀积：硅片被送入高温扩散炉，杂质原子从源扩散转移到扩散炉内。
推进：在高温环境中，使淀积的杂质穿过硅晶体，形成希望的结深。
激活：稍微提升温度，使杂质原子与硅原子键合。
杂质移动
杂质扩散率代表杂质在硅片中的移动速度，随着温度升高而增大。
扩散机制：间隙式（高扩散率）替代式（低扩散率）
固溶度
一定温度下，硅能够吸收的杂质数量是一定的，被称为固溶极限。
扩散工艺：
1. 进行质量测试以保证工具满足生产质量标准
2. 使用批控制系统，验证硅片特性
3. 下载包含所需扩散参数的工艺菜单
4. 开启扩散炉，包括温度分布
5. 清洗硅片并浸泡氢氟酸，去除自然氧化层
6. 预淀积：把硅片装入扩散炉，扩散杂质
7. 推进：升高炉温，推进并激活杂质，然后撤出硅片
8. 测量、评价、记录结深和电阻
离子注入
