半导体的制造工艺中的关键是什么？

（1）

硅的主要来源是石英砂（二氧化硅），硅元素和氧元素通过共价键连接在一起。因此需要将氧元素从二氧化硅中分离出来，换句话说就是要将硅还原出来，采用的方法是将二氧化硅和碳元素（可以用煤、焦炭和木屑等）一起在电弧炉中加热至2100°C左右，这时碳就会将硅还原出来。化学反应方程式为：SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)（吸热）

（2）

上一步骤中得到的硅中仍有大约2%的杂质，称为冶金级硅，其纯度与半导体工业要求的相差甚远，因此还需要进一步提纯。方法则是在流化床反应器中混合冶金级硅和氯化氢气体，最后得到沸点仅有31°C的三氯化硅。化学反应方程式为：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放热）

(3）

随后将三氯化硅和氢气的混合物蒸馏后再和加热到1100°C的硅棒一起通过气相沉积反应炉中，从而除去氢气，同时析出固态的硅，击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为99.9999999%的硅，换句话说，也就是平均十亿个硅原子中才有一个杂质原子。

（4）

进行到目前为止，半导体硅晶体对于芯片制造来说还是太小，因此需要把块状多晶硅放入坩埚内加热到1440°C以再次熔化 。为了防止硅在高温下被氧化，坩埚会被抽成真空并注入惰性气体氩气。之后用纯度99.7%的钨丝悬挂硅晶种探入熔融硅中，晶体成长时，以2~20转/分钟的转速及3~10毫米/分钟的速率缓慢从熔液中拉出：

探入晶体“种子”

长出了所谓的“肩部”

长出了所谓的“身体”

这样一段时间之后就会得到一根纯度极高的硅晶棒，理论上最大直径可达45厘米，最大长度为3米。

以上所简述的硅晶棒制造方法被称为切克劳斯法（Czochralski process，也称为柴氏长晶法），此种方法因成本较低而被广泛采用，除此之外，还有V-布里奇曼法（Vertikalern Bridgman process）和浮动区法（floating zone process）都可以用来制造单晶硅。

针对半导体集成电路芯片在以后工作条件和应用环境下，以及在规定的工作时间内可能出现的失效模式，采取相应的设计技术，使这些失效模式能够得到控制或消除，从而使设计方案能同时满足其功能、特性和可靠性要求。具体分为以下4类技术：

1)常规可靠性设计技术。包括冗余设计、降额设计、灵敏度分析、中心值优化设计等。

2)针对主要失效模式的器件设计技术。包括针对热载流子效应、闩锁效应等主要失效模式，合理设计器件结构、几何尺寸参数和物理参数。

3)针对主要失效模式的工艺设计保障。包括采用新的工艺技术，调整工艺参数，以提高半导体集成电路芯片的可靠性。

4)半导体集成电路芯片可靠性计算机模拟技术。在电路设计的同时，以电路结构、版图布局布线以及可靠性特征参数为输入，对电路的可靠性进行计算机模拟分析。根据分析结果，预计电路的可靠性水平，确定可靠性设计中应采用的设计规则，发现电路和版图设计方案中的可靠性薄弱环节。

intel 前CEO 展示晶圆

2工艺保障

通过设计，为芯片的可靠性水平奠定了基础，最终芯片产品的实际可靠性水平取决于芯片的制造工艺。为保证工艺可靠性要求的实现，从芯片生产涉及的环节应主要考虑以下几个方面的控制：

1)原材料控制。包括对掩膜版、化学试剂、光刻胶、特别对硅材料等原材料的控制。控制不仅采用传统的单一检验方式，还可对关键原材料采用统计过程控制SPC技术，确保原材料的质量水平高，质量一致性好。

2)加工设备的控制。除采用先进的设备进行工艺加工外，还应做好对设备日常维护、预防性维修等工作，同时应对设备的关键参数进行监控，必要时建立设备参数的SPC控制模型进行分析控制等。

3)工艺加工过程的控制。包括对关键工艺参数进行SPC控制、工序能力分析、6σ设计等，同时对工艺加工关键环节建立工艺检验手段，如对氧化层的针孔和裂纹的检验、对可动金属离子的检验、对金属层稳定性的检验等。

此外，工艺方面的保障还应包括对 *** 作人员的培训和考核、对环境洁净度的控制和建立先进的生产质量管理信息系统等方面。

3筛选、验证保障

设计、加工的半导体集成电路芯片交付之前，需进行筛选、检验以保证芯片的质量与可靠性。目前，行业内普遍认可的是参照GJB 597A-96《半导体集成电路总规范》相应质量等级要求和用户要求，对半导体集成电路芯片进行100%筛选、鉴定检验和质量一致性检验。其中100%筛选对所有裸芯片进行，主要进行晶片批验收、稳定性烘焙、电探针测试、功能拉偏测试、内部目检。通过100%筛选尽可能地剔除早期失效芯片。

鉴定检验和质量一致性检验是对封装样品进行，从筛选合格芯片中随机选取芯片封装后参照GJB 597A-96《半导体集成电路总规范》相应质量等级要求和用户要求进行鉴定检验和质量一致性检验，其中不进行与封装有关的试验。通过这种方式，验证整批裸芯片的质量与可靠性水平能否满足用户要求和长期可靠性要求。而按不同要求检验的芯片分别达到相应质量等级要求。

通过这种方式，不但能够指导半导体集成电路芯片研制单位设计、制造相应质量等级要求的芯片，同时也便于使用单位选用，满足其不同应用环境的使用需求。

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