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1、表面钝化工艺surface passivation technology在半导体器件表面覆盖保护介质膜，以防止表面污染的工艺。1959年，美国人M.M.阿塔拉研究了硅器件表面暴露在大气中的不稳定性问题，提出热生长二氧化硅(SiO2)膜具有良好的表面钝化效果。此后，二氧化硅膜得到广泛应用。60年代中期，人们发现二氧化硅膜不能完全阻挡有害杂 质(如钠离子)向硅(Si)表面的扩散，严重影响 MOS器件的稳定性。以后研究出多种表面钝化膜生 长工艺，其中以磷硅玻璃(PSG)、低温淀积二氧化硅、化学汽相淀积氮化硅(Si3N4)、三氧化二铝 (Al2O3)和聚酰亚胺等最为适用。直接同半导体接触的介质膜通常称
2、为第一钝化层。常用介质是热生长的二氧化硅膜。在形成金 属化层以前，在第一钝化层上再生长第二钝化层，主要由磷硅玻璃、低温淀积二氧化硅等构成，能 吸收和阻挡钠离子向硅衬底扩散。为使表面钝化保护作用更好并使金属化层不受机械擦伤，在金属化层上面再生长第三层钝化层。这第三层介质膜可以是磷硅玻璃、低温淀积二氧化硅、化学气相淀 积氮化硅、三氧化二铝或聚酰亚胺。这种多层结构钝化，是现代微电子技术中广泛采用的方式。对于钝化层的基本要求是：能长期阻止有害杂质对器件表面的沾污；热膨胀系数与硅衬底匹配； 膜的生长温度低；钝化膜的组份和厚度均匀性好；针孔密度较低以及光刻后易于得到缓变的台阶。磷硅玻璃及其生长工艺1964
3、年，发现硅在热氧化过程中通入少量三氯氧磷蒸汽后生成的二氧 化硅膜具有磷硅玻璃特性，能捕获钠离子和稳定钠离子的污染作用，大大改善了器件的稳定性。适 当增加磷的浓度还能降低膜的针孔密度，防止微裂，减少快态密度和平缓光刻台阶。磷硅玻璃已成 为重要的第二层钝化膜。其不足之处是磷浓度较高时有极化和吸潮特性，浓度太低则不易达到流动 和平缓台阶的作用。另一种常用的生长磷硅玻璃的方法是化学汽相淀积法，即把磷烷PH3加到硅烷SiH4和氧的反应过程中，反应温度为 400500 C。低温淀积二氧化硅工艺 在硅烷SiH4和氧的反应过程中，反应温度取 250500 C之间，能淀 积生长二氧化硅膜。此法简单，较早得到实用
4、，是一种金属化层上的钝化膜。化学汽相淀积氮化硅生长工艺氮化硅膜是惰性介质，介质特性优于二氧化硅膜，抗钠能力强， 热稳定性好，能明显提高器件的可靠性和稳定性。最常用的氮化硅生长法，是低压化学汽相淀积法 和等离子增强的化学汽相淀积法，可用于制作第二和第三钝化层。80年代又出现利用光化学反应的化学汽相淀积新工艺。例如，利用紫外光激发反应器中的微量汞原子，把辐射能转移到硅烷 (SiH4)、一氧化二氮(N2O)和氨的反应中去，生长出氮化硅膜。这种反应的温度只需50300 C，因是一种有效的新工艺(见化学汽相淀积工艺)。三氧化二铝及其生长工艺 这种膜抗辐射能力强，对钠离子有良好的阻挡作用。最常用的是铝 的
5、阳极氧化工艺。在淀积铝金属化层后，用光刻胶作掩模，在磷酸等酸溶液中直流阳极氧化，使硅 上铝互连图形之外的铝层彻底转化为透明有孔的三氧化二铝。再用光刻胶保护所有压焊区域，在硼酸等阳极氧化液中通电进行阳极氧化， 使压焊区之外的全部铝上覆盖一层三氧化二铝薄膜。这样的三氧化二铝钝化层能防止金属化层被擦伤，在工业生产中已经实际应用。在实际的器件表面钝化工艺中，为充分利用各种介质膜的特性，通常选用多层结构的钝化膜， 如二氧化硅-磷硅玻璃-二氧化硅或二氧化硅-氮化硅-三氧化二铝结构等。半导体基础知识与晶体管工艺原理（生产线基础培训教程）半导体技术编著2002. 8目 录第一章半导体的基础知识1-1半导体的一
6、些基本概念1-1-1什么是半导体？ 41-1-2半导体的基本特性.41-1-3半导体的分类.41-1-4N型半导体和P型半导体.51-1-5半导体的导电机构.61-2 P-N结91-2-1P-N结的构成.91-2-2P-N结内的载流子运动和平衡101-2-3P-N结的基本特性101-3 二极管121-3-1二极管的基本构成.121-3-2二极管的特性曲线（伏安特性） .121-3-3二极管的分类131- 4 晶体管（仅讲双极型）131-4-1晶体管的构成.131-4-2晶体管的放大原理.151-4-3晶体管的特性曲线.181-4-4晶体管的分类.211- 4-5晶体管的主要电参数.21第二章晶
7、体管制造工艺与原理2- 1典型产品工艺流程.242- 1-1晶体管的基本工艺流程.242-1-2典型产品的工艺流程 242-2晶体管制造主要工艺的作用与原理 .252-2-1氧化工艺.252-2-2扩散工艺.262-2-3离子注入工艺.302-2-4光刻工艺.312-2-5蒸发（真空镀膜）工艺.322-2-6 CVDX艺.332-2-7台面工艺.342-2-8三扩、磨抛工艺.352-2-9清洗工艺.362-2-10中测、划片工艺362-3常见的工艺质量问题以及对产品质量的影响.372-3-1工艺质量问题分类372-3-2常见的工艺质量问题举例372-4 工艺纪律和工艺卫生的重要性.412-4-
8、1半导体生产对空气洁净度的要求412-4-2工艺卫生的内涵.422-4-3工艺卫生好坏对半导体生产的影响.422-4-4工艺纪律的内涵.432-4-5工艺纪律的重要性.43第一章半导体基础知识1-1半导体的一些基本概念1-1-1什么是半导体？导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，叫做半导体。物质的导电能力一般用电阻率P来表示。电阻率是指长1cm，截面积为1平方厘米的物质的电阻值，单位是欧姆厘米（符号是Q-cm）。电阻率越小，说明物质的导电性能越好；反之，电阻率越大，说明物质的导电性能越 差。物质种类导体半导体绝缘体电阻率(Q -cm)10-410-3108N1091-1-2半导体的基本特性1热敏
9、特性一一随着温度的升高，半导体的电阻率减小，导电能力明显的增强。2光敏特性一一受到光线照射后，半导体的电阻率减小，导电能力大大增强。3杂质导电特性一一在纯净的半导体中，加入微量的某些其它元素（通常，称 之为“掺杂”），可以使它的导电能力成百万倍的提高。这是半导体的一 个最突出的也是最重要的特性。人们正是利用半导体的这些特性，制成了 二极管、晶体管、热敏器件、光敏器件等。也正是由于半导体的这种特性， 在制造半导体器件的过程中，对工作环境的要求特别严格，以防有害杂质 进入半导体而破坏器件的参数。必须指出，以上特性只有纯净的半导体才具备。所谓纯净的半导体是 指纯度在9个“9”以上，即99.99999
10、99%以上。1-1-3半导体的分类1按化学成分一一元素半导体和化合物半导体2按是否含有杂质本征半导体和杂质半导体3按导电类型一一N型半导体和P型半导体4按原子排列的情况一一单晶和多晶1-1-4 N型半导体和P型半导体1 “载流子”一一半导体中的导电粒子（运载电流的粒子）：电子和空穴。2“杂质”的概念一一三、五族元素杂质（元素周期表中，三族：硼、铝、镓；五 族：磷、砷、锑）一一受主杂质和施主杂质。3施主杂质和受主杂质有一类杂质（比如五族元素磷），它在掺入半导体中后，会产生许多带负电的电子，这种杂质叫“施主杂质”。（施放电子）又有一类杂质（比如三族元素硼），它在掺入半导体中后，会产生许多带正电的空
11、穴，这种杂质叫“受主杂质”。（接受电子）4 N型半导体和P型半导体掺有施主杂质的半导体，其导电作用主要依靠由施主杂质产生的导电电 子，我们称这种半导体为“N型半导体”（也叫“电子型半导体”）。掺有受主杂质的半导体，其导电作用主要依靠由受主杂质产生的导电空 穴，我们称这种半导体为“P型半导体”（也叫“空穴型半导体”）。5多子与少子1）在本征半导体中，载流子靠本征激发产生，而且电子数=空穴数二本征载流子 浓度。即，n=p=no o i2）在杂质半导体中，载流子主要靠杂质电离而产生，此时，杂质电离产生的载 流子浓度远大于本征激发产生的载流子浓度。因此，在杂质半导体中，电子 数尹空穴数。其中，在N型半
12、导体中：电子是多子，空穴是少子。而在P型半导体中：空穴 是多子，电子是少子。3）N型半导体和P型半导体的示意图（图1）因为在P型半导体中的绝大多数载流子是空穴，电子数很少，因此在画P1-1-5半导体的导电机构一一载流子的产生、运动和复合回答半导体是怎么导电的？1 “载流子”是怎么产生的？A本征激发一一产生电子、空穴对一一本征载流子浓度（七）1）半导体材料硅的晶格结构一一“共价键”结构因为，从原子结构理论知道，每个硅原子的最外层有4个价电子和4个 空位，因此，在构成硅晶体时，每个原子周围都有4个最靠近的原子做它的 邻居，每个原子拿出一个价电子和它的一个邻居共用。同样，每个邻居也拿 出一个价电子和
13、它共用。这一对共用的价电子使两个硅原子之间产生了一种 束缚力，就叫做“共价键”。这样，每个原子就要和周围4个原子构成4个 “共价键”。为了简化起见，我们把本来是立体的“共价键”结构画成平面 示意图。（图2）图2 硅“共价键”晶格结构平面示意图2）在价电子获得一定的能量（硅Eg=1.1ev）时，就能冲破束缚（称为“激发”）， 成为导电的自由电子（带负电）。与此同时，在“共价键”中留下一个空位，我 们叫它“空穴”（带正电，也能导电）。这种同时产生的电子和空穴，称为“电 子、空穴对”。我们称这种引起的价电子激发一一产生导电的电子、空穴对的过 程，为“本征激发”。3）本征激发产生的载流子浓度，称为本征
14、载流子浓度（ni）。在常温下，七是个 较小的常数；随着温度的升高，七就很快增大。（它以指数形式上升）一一这就 是为什么本征半导体，在常温下导电能力很弱，但随着温度升高，导电能力又明 显增强的原因。4）“共价键”结构中产生本征激发的示意图（图3）图3本征激发产生电子空穴对的示意图B杂质电离产生电子或空穴电子浓度n和空穴浓度p1）施主杂质电离一一产生电子在纯净的半导体硅中，掺入少量的五族元素（如磷），它以替位形式占据 一个硅原子的位置，由于它比硅原子多一个价电子，因此，在与周围4个硅原子组成 共价键时，就有一个多余的价电子。它不受共价键的束缚，只受磷原子核正电荷的吸 引，这种吸引力是很微弱的，因此
15、，只要很小的能量就能使它克服引力而成为导电“电 子”。而失去一个电子后的磷原子成为带正电的离子，但它处于共价键的稳定结构中， 不能自由运动，因此，不是载流子。我们称施主杂质释放导电电子的过程，为施主电 离。（请注意，这里只产生导电电子，不产生空穴）。2）受主杂质电离产生空穴在纯净的半导体硅中，掺入少量的三族元素（如硼），它以替位形式占据一 个硅原子的位置，由于它比硅原子少一个价电子，因此，在与周围4个硅原子组成共 价键时，就要从周围硅原子的共价键中夺取一个价电子过来填充。这样，就在被夺取 了一个电子的地方就产生了一个空穴。这个空穴不受共价键的束缚，只受硼离子负电 荷的吸引，这种吸引力是很微弱的，因此，只要很小的能量就能使它克服引力而成为 能导电的“空穴”。而硼原子由于多了一个电子而成为带负电的硼离子，但它同样也 不能自由运动，因此，不是载流子。我们称受主杂质产生空穴的过程，为受主电离。（请注意，这里只产生空穴，不产生电子）。3
