⑸固定的熔点
图1-8 晶体非晶体的加热曲线
2. 晶体的缺陷 晶体缺陷按缺陷的几何尺寸可分为点缺陷，如空 位、间隙原子；线缺陷，如位错；及面缺陷，如晶粒 间界和堆垛层错等。
第三节 半导体生产污染控制
一、污染物种类
1.颗粒污染物 颗粒包括空气中所含的颗粒、人员产生的颗粒、 设备和工艺操作过程中使用的化学品产生的颗粒等。 在任何晶片上，都存在大量的颗粒。有些位于器件不 太敏感的区域，不会造成器件缺陷，而有些则属于致 命性的。根据经验得出的法则是：颗粒的大小要小于 器件上最小的特征图形尺寸的1/10，否则，就会形成 缺陷。
单晶体
多晶体
非晶体
图1-3 特性， 称之为晶体的自限性。
⑶各向异性 晶体的物理性质随着晶面的方向不同而不同， 称为晶体的各向异性。
图1-7 云母片和玻璃片的石蜡熔化实验
⑷对称性 晶体在某几个特定的方向上所表现出的物理、 化学性质完全相同。在晶体中，如果沿某些特定的 方向原子排列的密度相同，则沿这些方向的性能相 同。
浓度/（粒/ 升） 小于等于1 小于等于10
最高 最低 最高 最低
噪声（A声 级）/db
100
1000 10000
大于等 于0.5
小于等于 100
小于等于 1000
27
18
60
40
小于等于70
小于等于 10000
五、洁净室的维护 超净间的定期维护是非常必要的。清洁人员 必须要穿着与生产人员一样的洁净服，超净 间的清洁器具，包括拖把，也要仔细选择。 一般家庭使用的清洁器具太脏，无法在超净 间使用。而且使用真空吸尘器也要特别注意。 真空吸尘器中的排风系统中，装有HEPA过 滤器，现在已经可以在超净间中使用。许多 超净间采用内置式真空系统来减少清洁时产 生的脏东西。
第四节 纯水的制备
一、纯水在半导体生产中的应用
1. 天然水的杂质 天然水中含有很多杂质，可分为五大类。 （1）电解质 （2）有机物 （3）颗粒物质 （4）微生物 （5）溶解气体
2. 纯水的分类 在半导体生产过程中，各种产品对水的纯度要 求各不相同。通常将纯水分为纯水和超纯水两种。
二、 离子交换制备纯水
二、晶体管的发明
导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半 导体。晶体管就是用半导体材料制成的，这类材料最 常见的便是锗和硅两种。 1947年12月23日，美国科学家巴丁博士、布菜顿 博士和肖克莱博士，在他们发明的器件中通过的一部 分微量电流，竟然可以控制另一部分流过的大得多的 电流，因而产生了放大效应。这个器件，就是在科技 史上具有划时代意义的成果——晶体管。
表1-1 半导体材料分类及其开发情况
类 元素半导体 Ⅲ-Ⅴ族 Ⅱ-Ⅵ族 二元 化合 物＊ Ⅳ-Ⅳ族 Ⅳ-Ⅵ族 Ⅴ-Ⅵ族 Ⅲ-Ⅵ族 Ⅰ-Ⅵ族 三元 化合 物＊ Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族 Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ族 A3B5 A2B6 A4B4 A4B6 A25B36 A3B6 A21B6 A1B3C26 A2B4C25 别 化学通式 材料举例 硅、锗 砷化镓 硫化镉 碳化硅 碲化铅 碲化鉍 碲化镓 氧化亚铜 CuInSe2 CdSnAs2 Cu2FeSnSe4 A1-xBx A1-xA'x B A1-xA'xB1-y B'y Si1-xGex Ga1-xAlxAs In1-xGaxAs1-yPy 开发程度 硅、锗、硒已大量应用 砷化镓、磷化镓已批量生产、其他也在开发中 硫化镉、硒化镉、碲化镉已在少量应用 仅此一种，少量应用 少量应用 批量生产 尚未应用 应用很少 CuInSe2用于太阳 能电池 研究不多 研究不多 已获应用 多种已获应用 几种已获应用
2.金属离子 在半导体材料中，以离子形态存在的金属离子污 染物，我们称之为可移动离子污染物(MIC)。这些金属 离子在半导体材料中具有很强的可移动性，即使在器 件通过了电性能测试并且从生产厂运送出去，金属离 子仍可在器件中移动从而造成器件失效。遗憾的是， 绝大部分化学物质中都有能够引起器件失效的金属离 子。最常见的可移动离子污染物是钠。钠离子同时也 是在硅中移动性最强的物质，因此，对钠的控制成为 硅片生产的首要目标。MIC的问题对MOS器件的影响 更为严重。有必要采取措施研制开发MOS级或低钠级 的化学品。这也是半导体业的化学品生产商努力的方 向。
四元化合物＊ 固溶 半导 体＊ 二元固溶体 三元固溶体 四元固溶体
三、晶体
固体材料是由大量的原子（或离子）以一定的 方式排列组成的，原子的排列方式称为固体材料的 结构。固体材料按其结构可以分为晶体、非晶体。 1.晶体的共性 ⑴长程有序 长程有序是晶体最突出的特点。晶体中的原子 部是按一定规则排列的，这种至少在微米数量级范 围的有序排列，称为长程有序。
三、超净间的建设
超净间(Clean Room)是指将一定空间范围内空气 中的微粒子、有害空气、细菌等污染物排除，并将 室内的温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流 分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围 内而特别设计的房间。 1．建筑材料 超净间所用的建筑材料都应是不易脱落的材料， 所有的管道口都要密封，可以采用不锈钢材料制造 工作台。
之具有更高的密度，更多的元器件数量和更高的可靠 性；
结构的改进是指新器件设计上的发明使电路的性能更
好，实现更佳的能耗控制和更高的可靠性。
四、工艺发展趋势及摩尔定律（Moore’s Law）
英特尔（Intel）公司的创始人之一戈登•摩尔 （Gordon Moore）在1964年预测了集成电路的发展趋 势，提出了集成电路的集成度会每十八个月翻一番， 即单个芯片上晶体管的数目每十八个月翻一番，这个 预言后来成为著名的摩尔定律并被证明十分准确。 集成度的提高主要是三个方面的贡献：一是特征 尺寸不断缩小，二是芯片面积不断增大，三是集成电 路结构的不断改进。
3.化学物质 化学物质指半导体工艺中不需要的物质。这些物 质的存在将导致晶片表面受到不需要的刻蚀，在器件 上生成无法除去的化合物，或者引起不均匀的工艺过 程。最常见的化学物质是氯。在工艺过程用到的化学 品中，氯的含量受到严格的控制。
二、污染物引起的问题
1．器件工艺良品率降低 2．器件性能降低
3．器件可靠性下降
二、晶体管的发明
三、集成电路的产生
1958年12月在美国德州仪器公司（TI） 工作的 基尔比（Jack Kilby） 成功地制作出世界上第一片集 成电路。
四、工艺发展趋势及摩尔定律（Moore’s Law）
推动电子工业革命的工艺改进可以归为两大类： 工艺和结构。
工艺的改进是指以更小尺寸来制造器件和电路，并使
第一章 半导体芯片制造概述
半导体产业是目前世界上发展最快、最具影响力 的产业之一，半导体产业不断的发展不仅带来了世界 经济与技术的飞速发展，而且也带来了整个社会的深 刻的变革，从我们使用的手机，到航天飞机，处处都 有半导体产品的身影。
第一节半导体工业发展概述
一、电信号处理工业的诞生
1904年
弗莱明发明了第一只电子管，称为二极管， 可以给电流整流。 1906年 德佛瑞斯特发明了第一只真空三极管。许多 人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点。
1.离子交换树脂的种类及结构
2.离子交换原理
3.离子交换装置系统 4.离子交换树脂的预处理
4.离子交换树脂的预处理 （1）脱水树脂的食盐水处理 （2）阳树脂的预处理 （3）阴树脂的预处理
5.离子交换树脂的再生和贮存
三、 水纯度的测量
1.静态测量法
2.流动测量法
2．超净间控制外界污染的要素 （1）粘性地板垫 （2）更衣区 （3）风淋室 （4）维修区 （5）空气压力控制系统 （6）净鞋器和手套清洗器 （7）防静电设施 3．工作人员防护措施
4．空气控制系统 5．温度湿度控制系统
四、超净间标准
表1-2 洁净室等级表
洁净度
温度/℃
湿度/%
级别 粒径/μm
1 10
第二节 半导体材料基础
一、半导体材料基本性质
1.半导体的结构及特性 正四面体结构；共价键。 导电能力介于导体和绝缘体之间，受掺杂、温度 和光照的影响十分显著。
第二节 半导体材料基础
2.掺杂半导体的导电性 本征半导体； 掺杂半导体。
N型半导体； P型半导体； PN结。
二、半导体材料分类
对半导体材料可从不同的角度进行分类，例如根 据其性能可分为高温半导体、磁性半导体、热电半导 体；根据其晶体结构可分为金刚石型、闪锌矿型、纤 锌矿型、黄铜矿型半导体；根据其结晶程度可分为晶 体半导体、非晶半导体、微晶半导体，但比较通用且 覆盖面较全的则是按其化学组成的分类，依此可分为： 元素半导体、化合物半导体和固溶半导体三大类，如 表1-1所示。