硅集成電路工藝期末復(fù)習(xí)題目答案

1、一、名詞解釋（1）化學(xué)氣相沉積：化學(xué)氣體或蒸氣和晶圓表面的固體產(chǎn)生反應(yīng)，在表面上以薄膜形式產(chǎn)生固態(tài)的副產(chǎn)品，其它的副產(chǎn)品是揮發(fā)性的會(huì)從表面離開(kāi)。（2）物理氣相沉積：“物理氣相沉積” 通常指滿意下面三個(gè)步驟的一類薄膜生長(zhǎng)技術(shù): a.所生長(zhǎng)的材料以物理的方式由固體轉(zhuǎn)化為氣體;b.生長(zhǎng)材料的蒸汽經(jīng)過(guò)一個(gè)低壓區(qū)域到達(dá)襯底;c.蒸汽在襯底表面上凝聚，形成薄膜(3)濺射鍍膜：濺射鍍膜是利用電場(chǎng)對(duì)輝光放電過(guò)程中產(chǎn)生出來(lái)的帶電離子進(jìn)行加速，使其獲得一定的動(dòng)能后，轟擊靶電極，將靶電極的原子濺射出來(lái)，沉積到襯底形成薄膜的方法。(4)蒸發(fā)鍍膜：加熱蒸發(fā)源，使原子或分子從蒸發(fā)源表面逸出，形成蒸汽流并入射到硅片（襯底）

2、表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜 。(5)替位式擴(kuò)散：占據(jù)晶格位置的外來(lái)原子稱為替位雜質(zhì)。只有當(dāng)替位雜質(zhì)的近鄰晶格上出現(xiàn)空位，替位雜質(zhì)才能比較輕易地運(yùn)動(dòng)到近鄰空位上(6)間隙式擴(kuò)散：間隙式擴(kuò)散指間隙式雜質(zhì)從一個(gè)間隙位置運(yùn)動(dòng)到相鄰的間隙位置。(7)有限表面源擴(kuò)散：擴(kuò)散開(kāi)始時(shí)，表面放入一定量的雜質(zhì)源，而在以后的擴(kuò)散過(guò)程中不再有雜質(zhì)加入，此種擴(kuò)散稱為有限源擴(kuò)散。(8)恒定表面源擴(kuò)散：在整個(gè)擴(kuò)散過(guò)程中，雜質(zhì)不斷進(jìn)入硅中，而表面雜質(zhì)濃度始終保持不變。(9)橫向擴(kuò)散：由于光刻膠無(wú)法承受高溫過(guò)程，擴(kuò)散的掩膜都是二氧化硅或氮化硅。當(dāng)原子擴(kuò)散進(jìn)入硅片，它們向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)：向硅的內(nèi)部，橫向和重新離開(kāi)硅片。假如雜質(zhì)原子沿硅片

3、表面方向遷移，就發(fā)生了橫向擴(kuò)散。(10)保形覆蓋：保形覆蓋是指無(wú)論襯底表面有什么樣的傾斜圖形在所有圖形的上面都能沉積有相同厚度的薄膜。二、簡(jiǎn)述題1、簡(jiǎn)述兩步擴(kuò)散的含義與目的。答：為了同時(shí)滿足對(duì)表面濃度、雜質(zhì)總量以及結(jié)深等的要求，實(shí)際生產(chǎn)中常采用兩步擴(kuò)散工藝：第一步稱為預(yù)擴(kuò)散或預(yù)淀積，在較低的溫度下，采用恒定表面源擴(kuò)散方式在硅片表面擴(kuò)散一層雜質(zhì)原子，其分布為余誤差涵數(shù)，目的在于控制擴(kuò)散雜質(zhì)總量；第二步稱為主擴(kuò)散或再分布，將表面已沉積雜質(zhì)的硅片在較高溫度下擴(kuò)散，以控制擴(kuò)散深度和表面濃度，主擴(kuò)散的同時(shí)也往往進(jìn)行氧化。2、擴(kuò)散摻雜與離子注入摻雜所形成的雜質(zhì)濃度分布各自的特點(diǎn)是什么？與擴(kuò)散摻雜相比離子注

4、入摻雜的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)各是什么? 答：擴(kuò)散雜質(zhì)所形成的濃度分布：雜質(zhì)摻雜主要是由高溫的擴(kuò)散方式來(lái)完成，雜質(zhì)原子通過(guò)氣相源或摻雜過(guò)的氧化物擴(kuò)散或淀積到硅晶片的表面，這些雜質(zhì)濃度將從表面到體內(nèi)單調(diào)下降，而雜質(zhì)分布主要是由溫度與擴(kuò)散時(shí)間來(lái)決定。離子注入雜質(zhì)所形成的濃度分布：摻雜離子以離子束的形式注入半導(dǎo)體內(nèi)，雜質(zhì)濃度在半導(dǎo)體內(nèi)有個(gè)峰值分布，雜質(zhì)分布主要由離子質(zhì)量和注入能量決定。(1).離子注入摻雜的優(yōu)勢(shì):相對(duì)于擴(kuò)散工藝，離子注入的主要好處在于能更正確地控制摻雜原子數(shù)目、摻雜深度、橫向擴(kuò)散效應(yīng)小和較低的工藝溫度，較低的溫度適合對(duì)化合物半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜，因?yàn)楦邷叵禄衔锏慕M分可能發(fā)生變化，另外，較低的溫度也使

5、得二氧化硅、氮化硅、鋁、光刻膠、多晶硅等都可以用作選擇摻雜的掩蔽膜，熱擴(kuò)散方法的掩膜必須是耐高溫材料。(2)離子注入摻雜的缺點(diǎn):主要副作用是離子碰撞引起的半導(dǎo)體晶格斷裂或損傷。因此，后續(xù)的退化處理用來(lái)去除這些損傷。3、簡(jiǎn)述離子注入工藝中退火的主要作用。答：由于離子注入所造成的損傷區(qū)及畸形團(tuán)，增加了散射中心及陷阱能級(jí)，使遷移率和壽命等半導(dǎo)體參數(shù)下降。此外，大部分的離子在被注入時(shí)并不位于替位位置，未退火之前的注入?yún)^(qū)域?qū)⒊曙@高阻區(qū)。為（）激活被注入的離子（使其變成替位雜質(zhì)）；（）恢復(fù)有序的晶格結(jié)構(gòu)（如果是無(wú)定形結(jié)構(gòu)，就談不上替位雜質(zhì)與間隙雜質(zhì)）,其目的是恢復(fù)遷移率（減少散射中心）和恢復(fù)壽命（減少缺陷

6、能級(jí)，減少陷阱），必須在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間與溫度下將半導(dǎo)體退火。4、簡(jiǎn)述溝道效應(yīng)的含義及其對(duì)離子注入可能造成的影響如何避免？ 答：對(duì)晶體進(jìn)行離子注入時(shí)，當(dāng)離子注入的方向與與晶體的某個(gè)晶向平行時(shí)，一些離子將沿溝道運(yùn)動(dòng)，受到的核阻止作用很小，而且溝道中的電子密度很低。受到的電子阻止也很小，這些離子的能量損損失率很低，注入深度就會(huì)大于無(wú)定形襯底中深度，這種現(xiàn)象稱為溝道效應(yīng)。溝道效應(yīng)的存在，使得離子注入的濃度很難精確控制，因?yàn)樗鼤?huì)使離子注入的分布產(chǎn)生一個(gè)很廠的拖尾，偏離預(yù)計(jì)的高斯分布規(guī)律。溝道效應(yīng)降低的技巧：（1）、覆蓋一層非晶體的表面層、將硅晶片轉(zhuǎn)向或在硅晶片表面制造一個(gè)損傷的表層。（2）、將硅晶片偏離主平

7、面5-10度，也能有防止離子進(jìn)入溝道的效果。（3）、先注入大量硅或鍺原子以破壞硅晶片表面，可在硅晶片表面產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)層。5、sio2膜在ic器件中的有哪些應(yīng)用？答：（1）、用作選擇擴(kuò)散的掩膜；（2）、用作器件表面保護(hù)及鈍化；（3）、用作器件中的絕緣介質(zhì)（隔離、絕緣柵、多層布線絕緣、電容介質(zhì)）；(4)離子注入中用作掩蔽層及緩沖介質(zhì)層等。cvd二氧化硅應(yīng)用：鈍化層；淺溝槽絕緣(sti)；側(cè)壁空間層；金屬沉積前的介電質(zhì)層(pmd)；金屬層間介電質(zhì)層(imd)6、簡(jiǎn)述干氧氧化與濕氧氧化各自的特點(diǎn)，通常用哪種工藝制備較厚的二氧化硅層？ 答：干氧氧化：（優(yōu)）結(jié)構(gòu)致密，表面平整光亮；對(duì)雜質(zhì)掩蔽能力強(qiáng)；鈍化效

8、果好；生長(zhǎng)均勻性、重復(fù)性好；表面對(duì)光刻膠的粘附好，（缺）生長(zhǎng)速率非常慢。濕氧氧化：（優(yōu)）生長(zhǎng)速率介于干o2與水汽氧化之間；可由水溫、爐溫調(diào)節(jié)生長(zhǎng)速率，工藝靈活性大；對(duì)雜質(zhì)的掩蔽能力、鈍化效果能滿足工藝要求，（缺）表面存在羥基使其對(duì)光刻膠的粘附不好。通常用濕氧氧化工藝制備較厚的二氧化硅層。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于制備較厚的二氧化硅層來(lái)說(shuō)往往采用干氧-濕氧-干氧相結(jié)合的氧化方式，既保證了二氧化硅層表面和si-sio2界面的質(zhì)量,有解決了生長(zhǎng)效率的問(wèn)題。7、采用熱氧化法制備二氧化硅層最容易引入哪種污染物，它會(huì)對(duì)mos管造成何種影響，如何減少這種污染？答：最容易引入的污染物是na+。na+離子很容易進(jìn)入si

9、o2中,它不僅擴(kuò)散系數(shù)大,而且遷移率大,最主要的影響是引起mos晶體管的閾值電壓不穩(wěn)定, 因此,na+離子含量成為sio2質(zhì)量好壞的重要標(biāo)志，如何鈍化可動(dòng)na離子就成為一個(gè)重要課題進(jìn)入sio2的na離子數(shù)量依賴于氧化過(guò)程中的清潔度,為了降低na離子的污染,可以采取一些預(yù)防措施,包括:(1)使用含氯的氧化工藝,(2)用氯周期性地清洗管道爐管和相關(guān)的容器(3)采用超純凈的化學(xué)試劑,保證氣體及氣體傳輸過(guò)程的清潔.8、與普通濺射法相比，磁控濺射的特點(diǎn)是什么？答：普通濺射法有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是濺射方法淀積薄膜的速率低；二是所需的工作氣壓較高，這兩者綜合效果是氣體分子對(duì)薄膜產(chǎn)生的污染的可能性提高。 磁控濺射：

10、使電子的路徑不再是直線，而是螺旋線，增加了與氣體原子發(fā)生碰撞的幾率，在同樣的電壓和氣壓下可以提高電離的效率，提高了沉積速率該方法淀積速率可比其他濺射方法高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，薄膜質(zhì)量好。這是磁場(chǎng)有效地提高了電子與氣體分子的碰撞幾率，因而工作氣壓可以明顯下降，較低的氣壓條件下濺射原子被散射的幾率減小。這一方面降低了薄膜污染的傾向，另一方面也將提高入射到襯底表面原子的能量，因而可以很到程度上改善薄膜質(zhì)量。9、說(shuō)明apcvdlpcvdpecvd各自的含義及特點(diǎn)。 含義：apcvd 常壓化學(xué)氣相沉積法；lpcvd低壓化學(xué)氣相沉積法；pecvd 等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。特點(diǎn)：apcvd制程發(fā)生在大氣壓力

11、常壓下,適合在開(kāi)放環(huán)境下進(jìn)行自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。apcvd易于發(fā)氣相反應(yīng)，沉積速率較快，可超過(guò)1000a/min，適合沉積厚介質(zhì)層。但由于反應(yīng)速度較快,兩種反應(yīng)氣體在還未到達(dá)硅片表面就已經(jīng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生生成物顆粒,這些生成物顆粒落在硅片表面,影響硅片表面的薄膜生長(zhǎng)過(guò)程,比較容易形成粗粗糙的多孔薄膜,使得薄膜的形貌變差.低氣壓(133.3pa)下的cvd較長(zhǎng)的平均自由路徑可減少氣相成核幾率,減少顆粒,不需氣體隔離,成膜均勻性好；晶圓垂直裝載和提高生產(chǎn)力；但是反應(yīng)速率較低,需要較高的襯底溫度。apcvd 通常使用稀釋的硅烷 (在氮中占3%) 和 lpcvd 使用純硅烷。pecvd低溫下有高的沉積速

12、率；射頻在沉積氣體中感應(yīng)等離子體場(chǎng)；表面所吸附的原子不斷受到離子與電子的轟擊容易遷移使成膜均勻性好臺(tái)階覆蓋性好；射頻控制沉積薄膜的應(yīng)力；反應(yīng)室可用等離子體清洗。10、cvd工藝中主要有哪兩種硅源?各自的性質(zhì)與特點(diǎn)是什么?cvd工藝中主要有硅烷、四乙氧基硅烷 (teos)。硅烷：硅烷分子完全對(duì)稱的四周體；不會(huì)形成化學(xué)吸附或物理吸附；硅烷高溫分解或等離子體分解的分子碎片 sih3 sih2 or sih 很容易與基片表面形成化學(xué)鍵，黏附系數(shù)大；表面遷移率低，通常會(huì)產(chǎn)生懸突和很差的階梯覆蓋。四乙氧基硅烷 (teos)：四乙氧基硅烷 (si(oc2h5)4) ，也稱正硅酸四乙酯，室溫下為液態(tài)，化學(xué)性能

13、不活潑，很安全。大型有機(jī)分子，teos分子不是完整對(duì)稱的，可以與表面形成氫鍵并物理吸附在基片表面，表面遷移率高，好的階梯覆蓋、保形性與間隙填充，廣泛使用在氧化物的沉積上。主要特點(diǎn)：硅烷成本低，沉積速率快好；因?yàn)閠eos比硅烷熱分解產(chǎn)物的黏附系數(shù)小一個(gè)數(shù)量級(jí),所以teos在表面的遷移能力與再發(fā)射能力都很強(qiáng),臺(tái)階覆蓋性較好.11、ic工藝中常用的間隙填充方法有哪些?簡(jiǎn)述各種方法的原理間隙填充方法：1)沉積/蝕刻/沉積，硅烷和臭氧-四乙氧基硅烷氧化物薄膜2)保形性沉積，o3-四乙氧基硅烷和鎢cvd3)高密度等離子體 cvd原理：1)沉積/蝕刻/沉積：先沉積一層sio2膜，然后在沉積的間隙處進(jìn)行蝕刻成

14、一個(gè)“v”字形，最后在進(jìn)行間隙填充。2)保形性沉積：利用保形覆蓋的方法在表面沉積相同厚度的薄膜。3)高密度等離子體 cvd：利用重度的離子轟擊通常保持間隙開(kāi)口為傾斜的，而且沉積是由下而上沉積，沉積與蝕刻同時(shí)發(fā)生。12、多層互聯(lián)線間的絕緣層通常是哪種介質(zhì)選擇這種介質(zhì)的依據(jù)是什么?能否用熱氧化法或高溫cvd工藝制備此介質(zhì)?為什么? 答：多層互聯(lián)線間的絕緣層通常使用的介質(zhì)材料包括：以硅烷為源的cvd sio2用teos通過(guò)pecvd得到的sio2 pecvd得到的氮化硅，sog hdp-cvd sio2 低k介質(zhì)。選擇上述介質(zhì)的依據(jù)是由于上述介質(zhì)滿足如下特點(diǎn)：(1) 低介電常數(shù);(2)高擊穿電壓;(

15、3)低泄露電流，體電阻率大于 ；(4)低表面電導(dǎo)，表面電阻率大于 ；(5)不會(huì)吸濕；(6)低的薄膜導(dǎo)致的應(yīng)力；(7)與鋁膜的附著性要好，對(duì)附著性差的金屬，在金屬層與介質(zhì)層之間需要使用襯墊層；(8)與上下介質(zhì)層的附著性要好；(9)溫度承受能力在500攝氏度以上；(10)易刻蝕（濕法或干法刻蝕）；(11)答應(yīng)氫氣氛圍下加工沒(méi)有電荷或偶極矩的聚集區(qū)；(12)沒(méi)有金屬離子；(13)好的臺(tái)階覆蓋且不形成凹角；(14)好的厚度均勻性；(15)對(duì)摻雜的氧化層，好的摻雜均勻性；（16）低缺陷密度；(17)無(wú)揮發(fā)性殘余物存在。不能用熱氧化法和高溫cvd工藝制備此介質(zhì)。1）熱氧化法必須在硅表面才能形成二氧化硅，多

16、層互聯(lián)線間很少有這樣的硅表面。2）多層互聯(lián)線所用的金屬材料大多不能承受過(guò)高的溫度。如互聯(lián)線材料鋁，鋁的熔點(diǎn)較低大約在400攝氏度，溫度較高時(shí)就破壞了原有的走線。同時(shí)，由于工藝中的諸多現(xiàn)象受高溫的影響。13、畫(huà)圖說(shuō)明ic工藝中的接觸孔或通孔的金屬化系統(tǒng)。接觸孔或通孔的金屬化系統(tǒng)通常使用cvd鎢方法和兩步高溫濺射鋁這兩種方法。（1）使用cvd鎢方法如圖所示，通過(guò)沉積鎢薄膜，進(jìn)行回刻除去多余的鎢，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直通孔很好的填充。為了增加鎢與下層金屬的附著能力，通常在cvd沉積鎢之前需要生長(zhǎng)一層tin或tiw作為附著層，在回刻完成以后，為了避免鎢與鋁直接接觸，還需要生長(zhǎng)一層阻擋層，通常使用tin。（2）

17、兩步高溫濺射鋁法，利用鋁在高溫下具有的較高的表面遷移率，可以有很好的臺(tái)階覆蓋能力的耐性，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直通孔的完全填充，一般先在較低溫度下濺射生長(zhǎng)一層鈍鋁，然后在較高溫度（350400）下濺射生長(zhǎng)al、cu；第一層覆蓋通孔的側(cè)壁和底部，并作為第二層的種子層，第二層實(shí)現(xiàn)對(duì)通孔的完全填充。14、簡(jiǎn)要說(shuō)明ic制造的平坦化工藝的作用是什么？主要有哪些方式？并解釋各種方式的詳細(xì)內(nèi)容。在多層布線立體結(jié)構(gòu)中，把成膜后的凸凹不平之處進(jìn)行拋光研磨，使其局部或全局平坦化。（a）關(guān)于ecmp(電化學(xué)機(jī)械研磨方法)，其工作步驟如下：首先，用電能使cu氧化，再用絡(luò)合劑使之生成cu的絡(luò)合物，最終研磨掉cu絡(luò)合物。從對(duì)加工面進(jìn)行

18、研磨 加工的原理觀察，除了cu的氧化方法之外，ecmp和cmp是同樣的，而且加工面獲得的平坦度性能也是同等水平。但是，ecmp的必要條件是底座盤應(yīng)具備 導(dǎo)電性。 （b）關(guān)于電解研磨ecp方法，利用電鍍的逆反應(yīng)。從電場(chǎng)集中之處開(kāi)始進(jìn)行刻蝕，可獲得平滑的研磨加工表面；但是，它能刻蝕平坦的區(qū)域只限于突起部分。 （c）關(guān)于化學(xué)蝕刻ce構(gòu)成的平坦化技術(shù)，它是把si的精細(xì)加工等領(lǐng)域里使用的各向異性刻蝕用濕式刻蝕法（wet etching）實(shí)現(xiàn)的。關(guān)于濕式刻蝕法雖然對(duì)于平坦化無(wú)能為力，但是，若把圓片一面旋轉(zhuǎn)一面加工，則產(chǎn)生各向異性，體現(xiàn)出平坦化能力。15、光刻工藝的主要流程有哪幾步？什么是光刻工藝的分辨率？從物理角度看，限制分辨率的因素是什么？最常用的曝光光源是什么? 答：光刻的工藝流程共分7步：（1）涂膠，（2）前烘，（3）曝