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半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)報(bào)告
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半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)報(bào)告
從1948年發(fā)明了晶體管，1960年集成電路問世，1962年出現(xiàn)第一代半導(dǎo)體激光器到如今21世紀(jì)的光電子時(shí)代，半導(dǎo)體制造工藝飛速發(fā)展著。而作為一名集成電路專業(yè)的本科學(xué)生，工藝實(shí)習(xí)無疑成為了我們的常做之事。在剛剛結(jié)束的兩次半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)課上，通過老師的耐心指導(dǎo)，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(chǔ)性材料，而沙子則是提取硅最主要的來源。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(zhǎng)穩(wěn)定的氧化層，這對(duì)于保護(hù)硅表面器件或電路的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)很重要;重量輕，密度只有2.33g/cm3;熱學(xué)特性好，線熱膨脹系數(shù)小，
2.5*10-6/℃，熱導(dǎo)率高，1.50W/cm℃;單晶圓片的缺陷少，直徑大，工藝性能好;機(jī)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(zhǎng)。采用熔體生長(zhǎng)法制備單晶硅棒：多晶硅→熔體硅→單晶硅棒。單晶硅的生長(zhǎng)原理為：固體狀態(tài)下原子的排列方式有無規(guī)則排列的非晶態(tài)，也可以成為規(guī)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(jié)合;○
3熔融液體的冷卻速度，冷卻速度快，到達(dá)結(jié)晶征流體中發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力;○
溫度原子來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，可以將無規(guī)則排列固定下來。
了解硅之后，又見識(shí)到了半導(dǎo)體材料的奇特。半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電的電子材料，其電導(dǎo)率在10(U-3)～10(U-9)歐姆/厘米范圍內(nèi)。半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì)對(duì)光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導(dǎo)體材料中摻入少量雜質(zhì)可以控制這類材料的電導(dǎo)率。正是利用半導(dǎo)體材料的這些性質(zhì)，才制造出功能多樣的半導(dǎo)體器件。 半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展有極大的影響。半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性對(duì)某些微量雜質(zhì)極敏感。純度很高的半導(dǎo)體材料稱為本征半導(dǎo)體，常溫下其電阻率很高，是電的不良導(dǎo)體。在高純半導(dǎo)體材料中摻入適當(dāng)雜質(zhì)后，由于雜質(zhì)原子提供導(dǎo)電載流子，使材料的電阻率大為降低。這種摻雜半導(dǎo)體常稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體靠導(dǎo)帶電子導(dǎo)電的稱N型半導(dǎo)體，靠?jī)r(jià)帶空穴導(dǎo)電的稱P型半導(dǎo)體。不同類型半導(dǎo)體間接觸(夠成PN結(jié))或半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)，因電子(或空穴)濃度差而產(chǎn)生擴(kuò)散，在接觸處形成位壘，因而這類接觸具有單向?qū)щ娦�。利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕梢灾瞥删哂胁煌δ艿陌雽?dǎo)體器件，如二極管、三極管、晶閘管等。此外，半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性對(duì)外界條件(如熱、光、電、磁等因素)的變化非常敏感，據(jù)此可以制造各種敏感元件，用于信息轉(zhuǎn)換。
在了解完材料之后，老師帶領(lǐng)著我們揭開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(zhǎng)、熱擴(kuò)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(zhǎng)一層二氧化硅(2iSO)膜的過程。這層膜的作用是：保護(hù)和鈍化半導(dǎo)體表面：作為雜質(zhì)選擇擴(kuò)散的掩蔽層;用于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(kuò)散半導(dǎo)體工藝中擴(kuò)散是雜質(zhì)原子從材料表面向內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)。和氣體在空氣中擴(kuò)散的情況相似，半導(dǎo)體雜質(zhì)的擴(kuò)散是在800-1400℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。從本質(zhì)上來講，擴(kuò)散是微觀離子作無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng) 計(jì)結(jié)果。這種運(yùn)動(dòng)總是由離子濃度較高的地方向著濃度較低的地方進(jìn)行，而使得離子得分布逐漸趨于均勻;濃度差別越大，擴(kuò)散也越快。根據(jù)擴(kuò)散時(shí)半導(dǎo)體表面雜質(zhì)濃度變化的情況來區(qū)分，擴(kuò)散有兩類，即無限雜質(zhì)源擴(kuò)散(恒定表面源擴(kuò)散)和有限雜質(zhì)源擴(kuò)(有限表面源擴(kuò)散)。
(三)光刻光刻是一種復(fù)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(fù)印的方法，將事先制好的光刻板上的圖象精確地、重復(fù)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(hù)作用對(duì)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(yīng)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(tái)，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(去除無保護(hù)層的表面材料的過程)。
第二次課上，通過觀擦學(xué)長(zhǎng)與老師的現(xiàn)場(chǎng)操作，我學(xué)習(xí)到了如何驗(yàn)證三極管的偏差值。并掌握了三極管的使用與PN節(jié)的功率特性曲線等，這對(duì)我以后的實(shí)驗(yàn)與學(xué)習(xí)奠定了很好的基礎(chǔ)。通過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)提出來的。其內(nèi)容為：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)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(shù)學(xué)、物理定律，而是對(duì)發(fā)展趨勢(shì)的一種分析預(yù)測(cè)，因此，無論是它的文字表述還是定量計(jì)算，都應(yīng)當(dāng)容許一定的寬裕度。從這個(gè)意義上看，摩爾的預(yù)言是準(zhǔn)確而難能可貴的，所以才會(huì)得到業(yè)界人士的公認(rèn)，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(shì)已經(jīng)持續(xù)了超過半個(gè)世紀(jì)，摩爾定律仍應(yīng)該被認(rèn)為是觀測(cè)或推測(cè)，而不是一個(gè)物理或自然法。預(yù)計(jì)定律將持續(xù)到至少2015年或2020年。然而，2010年國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖的更新增長(zhǎng)已經(jīng)放緩在2013年年底，之后的時(shí)間里晶體管數(shù)量密度預(yù)計(jì)只會(huì)每三年翻一番
“摩爾定律”對(duì)整個(gè)世界意義深遠(yuǎn)。在回顧多年來半導(dǎo)體芯片業(yè)的進(jìn)展并展望其未來時(shí)，信息技術(shù)專家們認(rèn)為，在以后“摩爾定律”可能還會(huì)適用。但隨著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(shí)習(xí)，我相信同學(xué)們和我一樣受益頗多，同時(shí)對(duì)半導(dǎo)體工藝、微電子器件、半導(dǎo)體材料與半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)等都有了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)集成電路工程這個(gè)專業(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(yàn)中提升自己的能力與技術(shù)，所以
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