半導(dǎo)體制造技術(shù)復(fù)習(xí)總結(jié)

1、半導(dǎo)體制造技術(shù)復(fù)習(xí)總結(jié)半導(dǎo)體制造技術(shù)復(fù)習(xí)總結(jié)第一章 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)介紹1、集成電路制造的不同階段：硅片制備、硅片制造、硅片測試/揀選、裝配與封裝、終測；2、硅片制造：清洗、成膜、光刻、刻蝕、摻雜；3、半導(dǎo)體趨勢：提高芯片性能、提高芯片可靠性、降低芯片價格；4、摩爾定律：一個芯片上的晶體管數(shù)量大約每18個月翻一倍。5、半導(dǎo)體趨勢：提高芯片性能：a關(guān)鍵尺寸（cd）等比例縮小（scale down)b每塊芯片上的元件數(shù)更多 c 功耗更小提高芯片可靠性： a無顆粒凈化間的使用 b控制化學(xué)試劑純度c分析制造工藝 d硅片檢測和微芯片測試e芯片制造商成立聯(lián)盟以提高系統(tǒng)可靠性降低芯片價格：年下降1億倍 b減少特征

2、尺寸增加硅片直徑c半導(dǎo)體市場的大幅度增長（規(guī)模經(jīng)濟(jì)）第二章 半導(dǎo)體材料特性6、最常見、最重要半導(dǎo)體材料硅：a.硅的豐裕度 b.更高的熔化溫度允許更寬的工藝容限c.更寬的工作溫度范圍 d.氧化硅的自然生成7、gaas的優(yōu)點(diǎn)：a.比硅更高的電子遷移率; b.減少寄生電容和信號損耗; c.集成電路的速度比硅制成的電路更快; d.材料電阻率更大，在gaas襯底上制造的半導(dǎo)體器件之間很容易實(shí)現(xiàn)隔離，不會產(chǎn)生電學(xué)性能的損失；e.比硅有更高的抗輻射性能。gaas的缺點(diǎn)： a.缺乏天然氧化物；b.材料的脆性； c.由于鎵的相對匱乏和提純工藝中的能量消耗，gaas的成本相當(dāng)于硅的10倍； d.砷的劇毒性需要在設(shè)

3、備、工藝和廢物清除設(shè)施中特別控制。第三章 器件技術(shù)8、等比例縮小:所有尺寸和電壓都必須在通過設(shè)計模型應(yīng)用時統(tǒng)一縮小。第四章 硅和硅片制備9、用來做芯片的高純硅稱為半導(dǎo)體級硅(semiconductor-grade silicon, sgs)或電子級硅西門子工藝：1.用碳加熱硅石來制備冶金級硅 sic(s)+sio2(s) si(l)+sio(g)+co(g) 2.將冶金級硅提純以生成三氯硅烷si(s)+3hcl(g) sihcl3(g)+h2(g) 3.通過三氯硅烷和氫氣反應(yīng)來生成sgs sihcl3(g)+h2(g) si(s)+3hcl(g)10、單晶硅生長：把多晶塊轉(zhuǎn)變成一個大單晶，并給

4、予正確的定向和適量的n型或p型摻雜，叫做晶體生長。a.直拉法(czochralski) 特點(diǎn)：工藝成熟，能較好地拉制低位錯、大直徑的硅單晶。缺點(diǎn)：難以避免來自石英坩堝和加熱裝置的雜質(zhì)污染。b.區(qū)熔法：主要用來生長低氧含量的晶體，但不能生長大直徑的單晶，并且晶體有較高的位錯密度。這種工藝生長的單晶主要使用在高功率的晶閘管和整流器上c.液體掩蓋直拉法：此方法主要用來生長砷化鎵晶體，和標(biāo)準(zhǔn)的直拉法一樣，只是做了一些改進(jìn)。由于熔融物里砷的揮發(fā)性通常采用一層氧化硼漂浮在熔融物上來抑制砷的揮發(fā)。直拉法更普遍，更便宜，可加工大晶圓尺寸（如300mm），材料可重復(fù)使用。區(qū)熔法可制備更純的單晶硅（因?yàn)闆]坩鍋），

5、但成本高，可制備的晶圓尺寸小 （約150mm)。主要用于功率器件。11、晶體缺陷: a.點(diǎn)缺陷（三種基本點(diǎn)缺陷：空位缺陷；間隙原子缺陷；frenkel缺陷）b.位錯 c.層錯 12、刻蝕：為了消除硅片表面的損傷，進(jìn)行硅片刻蝕；硅片刻蝕是利用化學(xué)刻蝕選擇性去除表面物質(zhì)的過程；腐蝕掉硅片表面約20微米的硅。13、外延(epitaxial)：與襯底有相同的晶體結(jié)構(gòu)用作雙級晶體管中阻擋層，可減少集電極電阻同時保持高的擊穿電壓；用在cmos和dram中可改進(jìn)器件性能，因?yàn)橥庋訉泳哂械偷难?、碳含量。第五?半導(dǎo)體制造中的化學(xué)品14、表面張力：液滴的表面張力是增加接觸表面積所需的能量。 隨著表面積的增加，液

6、體分子必須打破分子間的引力，從液體內(nèi)部運(yùn)動到液體的表面，因此需要能量。15、通用氣體：控制在7個9以上的純度%)氣體種類氣體符號用途惰性氮?dú)鈔2排出殘留在氣體配送系統(tǒng)和工藝腔中的濕氣和殘余氣體，有時也作為某些淀積工藝的工藝氣體氬氣ar在硅片工藝過程中用在工藝腔體中氦氣he工藝腔氣體，真空室的漏氣檢查還原性氫氣h2外延層工藝的運(yùn)載氣體，也用在熱氧化工藝中與o2反應(yīng)生成水蒸氣氧化性 氧氣o2工藝腔氣體16、液態(tài)化學(xué)品的輸送過程是通過批量化學(xué)材料配送(bcd)系統(tǒng)完成的；bcd系統(tǒng)由化學(xué)品源、化學(xué)品輸送模塊和管道系統(tǒng)組成；對于使用量很少或者在使用前存放的時間有限的化學(xué)品不適合由bcd系統(tǒng)來輸送，而采

7、用定點(diǎn)輸送（pou）。17、通用氣體：控制在7個9以上的純度%)通用氣體存儲在大型存儲罐里或1000磅的大型管式拖車內(nèi)，通過批量氣體配送(bgd)系統(tǒng)輸送。其優(yōu)點(diǎn)是：可靠且穩(wěn)定氣體供應(yīng)；減少雜質(zhì)微粒的沾污源；減少日常氣體供應(yīng)中的人為因素。特種氣體：控制在4個9以上的純度%)特種氣體通常用100磅金屬容器（鋼瓶）運(yùn)送到硅片廠，用局部氣體配送系統(tǒng)輸送到工藝反應(yīng)室。第六章 硅片制造中的沾污控制18、沾污的類型：沾污是指半導(dǎo)體制造過程中引入半導(dǎo)體硅片的任何危害微芯片成品率及電學(xué)性能的不希望有的物質(zhì)。a.顆粒(可以接受的顆粒尺寸必須小于最小器件特征尺寸的一半);b.金屬雜質(zhì)(危害半導(dǎo)體工藝的典型金屬雜質(zhì)

8、是堿金屬); c.有機(jī)物沾污(來源包括細(xì)菌、潤滑劑、蒸氣、清潔劑、溶劑和潮氣等。微量有機(jī)物沾污能降低柵氧化層材料的致密性；導(dǎo)致表面的清洗不徹底);d.自然氧化層(自然氧化層會妨礙其他工藝步驟；增加接觸電阻去除：通過使用含hf酸的混合液的清洗步驟); e.靜電釋放（esd產(chǎn)生于兩種不同靜電勢的材料接觸或摩擦。靜電荷從一個物體向另一物體未經(jīng)控制地轉(zhuǎn)移，可能損壞微芯片。雖然esd靜電總量很小，但積累區(qū)域也小，可達(dá)1a的峰值電流，可以蒸發(fā)金屬導(dǎo)線和穿透氧化層。放電也可能成為柵氧化層擊穿的誘因。另外，一旦硅片表面有了電荷積累，它產(chǎn)生的電場就能吸引帶電顆?；驑O化并吸引中性顆粒到硅片表面）。 esd控制方法

9、：防靜電的凈化間材料；esd接地；空氣電離。19、沾污的源與控制：空氣； 人； 廠房； 水； 工藝用化學(xué)品； 工藝氣體； 生產(chǎn)設(shè)備。20、典型硅片濕法清洗順序：（1）piranha去除有機(jī)物和金屬；（2）sc-1去除顆粒；（3）sc-2去除金屬；（每步結(jié)束都要進(jìn)行清洗，即upw清洗（超純水），稀hf去除自然氧化層，upw清洗；最后干燥）。21、濕法清洗設(shè)備：兆聲清洗(megasonics)、噴霧清洗、刷洗器、水清洗（溢流清洗器，排空清洗，噴射清洗，加熱去離子水清洗）、硅片甩干（旋轉(zhuǎn)式甩干機(jī)，異丙醇蒸氣干燥） 有氧化物和rca清洗的硅片表面是親水性的；剛經(jīng)過氫氟酸腐蝕的無氧化物表面由于氫終結(jié)了表

10、面是疏水性的。第七章 測量學(xué)和缺陷檢查22、測膜厚：四探針法（測方塊電阻）；橢偏儀（主要用于測透明薄膜）。23、摻雜濃度：在線測量方法：四探針法（高摻雜濃度）；熱波系統(tǒng)（低摻雜濃度）；線外測量方法：二次離子質(zhì)譜儀（sims）；電容電壓（cv）特性測試。24、套準(zhǔn)精度是測量光刻機(jī)和光刻膠圖形與硅片前面刻蝕圖形的套刻的能力。測量套準(zhǔn)精度的主要方法是相干探測顯微鏡（cpm）。25、聚焦離子束（fib, focused ion beam）系統(tǒng)大體上可以分為三個主要部分：離子源、離子束聚焦/掃描系統(tǒng)（包括離子分離部分）和樣品臺。 聚焦離子束系統(tǒng)的應(yīng)用：微區(qū)濺射和增強(qiáng)刻蝕； 薄膜淀積 ；高分辨率掃描離子顯

11、微成像（sim）； 半導(dǎo)體器件離子注入；第八章 工藝腔內(nèi)的氣體控制26、工藝腔是指一個受控的真空環(huán)境：在真空環(huán)境中保持預(yù)定的壓強(qiáng)；去除不需要的水汽、空氣和附加反應(yīng)；創(chuàng)建一個能夠使化學(xué)反應(yīng)（例如產(chǎn)生等離子體）發(fā)生的環(huán)境；控制硅片的加熱和冷卻；控制氣態(tài)化學(xué)品的流入，并在盡量靠近硅片的地方發(fā)生反應(yīng)；27、真空的益處：a.創(chuàng)建潔凈的環(huán)境； b.降低分子密度；c.增大分子碰撞的距離； d.加速反應(yīng)過程； e.產(chǎn)生一種動力 真空級別：初級 759100托 氧化、光刻、拋光;中級 10010-3托 刻蝕、淀積、金屬化;高級 10-310-6托 離子注入、測量;超高級 10-610-9托 測量.28、等離子體

12、（plasma）：是一種中性、高能量、離子化的氣體，包括中性原子或分子、帶電離子和自由電子。是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。在一個有限的工藝腔內(nèi)，利用強(qiáng)直流或交流電磁場或是用某些電子源轟擊氣體原子都會導(dǎo)致氣體原子的離子化。等離子體可以提供發(fā)生在硅片表面的氣體反應(yīng)所需的大部分能量，因此被廣泛應(yīng)用。29、輝光放電：當(dāng)施加電能時，混合氣體中的自由電子被加速，穿過混合氣體，然后與原子或分子相撞，在碰撞過程中釋放出附加的電子。高能電子與中性原子或離子相撞并激發(fā)它們。這些受激發(fā)的原子或離子存在的時間很短，當(dāng)它們返回其最低能級時，能量以發(fā)射聲子（或光）的形式釋放。通過在混合氣體中施加直流電壓或者射頻（

13、rf）范圍內(nèi)使用交流電都可以產(chǎn)生輝光放電。30、在帶有真空的工藝腔內(nèi)，痕量水是最顯著的沾污源。為了降低工藝腔內(nèi)吸附的水產(chǎn)生的沾污，需要減少以清洗為目的的開啟或拆開的工藝反應(yīng)室。通過在線清潔技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。第九章 集成電路制造工藝概況31、cmos工藝流程：薄膜制作（layer） 刻印(pattern) 刻蝕 摻雜。32、硅片制造廠的分區(qū)：1）擴(kuò)散區(qū)（包括氧化、膜淀積和摻雜）：目的：擴(kuò)散區(qū)是進(jìn)行高溫工藝及薄膜淀積的區(qū)域方法：高溫擴(kuò)散爐和濕法清洗設(shè)備功能：高溫擴(kuò)散爐 1200，可完成氧化、擴(kuò)散、淀積、退火以及合金2）光刻區(qū)： 黃光區(qū) 涂膠/光刻/顯影設(shè)備目的：將電路圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋硅片表面的光刻

14、膠上3）刻蝕區(qū)：目的：刻蝕是在硅片上沒有光刻膠保護(hù)的地方留下永久的圖形。方法：濕法刻蝕和干法刻蝕4）離子注入?yún)^(qū)：離子注入機(jī)是亞微米工藝中最常見的摻雜工具方法：離子注入退火 常見摻雜元素：as, p, b5）薄膜生長區(qū)：薄膜區(qū)主要負(fù)責(zé)各個步驟中介質(zhì)層與金屬層的淀積。 方法：cvd, pvd, sog, rtp6）拋光區(qū)：cmp（化學(xué)機(jī)械拋光）的目的是使硅片表面平坦化。 方法：化學(xué)腐蝕機(jī)械研磨制作步驟：雙阱工藝；淺槽隔離工藝；多晶硅柵結(jié)構(gòu)工藝；輕摻雜漏（ldd）注入工藝；側(cè)墻的形成；源/漏（s/d）注入工藝；接觸孔的形成；局部互連工藝；通孔1和金屬塞1的形成；金屬1互連的形成；通孔2和金屬塞2的形

15、成；金屬2互連的形成；制作金屬3直到制作壓點(diǎn)及合金；參數(shù)測試第十章 氧化34、氧化膜的用途：a.保護(hù)器件免劃傷和隔離沾污 b.限制帶電載流子場區(qū)隔離（表面鈍化）c.柵氧或存儲單元結(jié)構(gòu)中的介質(zhì)材料 d.摻雜中的注入掩膜e.金屬導(dǎo)電層間的介質(zhì)層35、金屬層間的介質(zhì)層：二氧化硅是微芯片金屬層間有效的絕緣體；二氧化硅能阻止上層金屬和下層金屬間短路；氧化物質(zhì)要求無針孔和空隙。36、氧化的化學(xué)反應(yīng)：干氧： si(固態(tài))+o2(氣態(tài)) sio2(固態(tài)) 濕氧： si(固態(tài))+h2o(氣態(tài)) sio2(固態(tài))+2h2(氣態(tài))濕氧反應(yīng)會產(chǎn)生一層二氧化硅膜和氫氣。潮濕環(huán)境有更快的生長速率是由于水蒸氣比氧氣在二氧化

16、硅中擴(kuò)散更快、溶解度更高。濕氧反應(yīng)生成的氫分子會束縛在固態(tài)的二氧化硅層內(nèi)，使得氧化層的密度比干氧小。這種情況可通過在惰性氣體中加熱氧化物來改善，以得到與干氧生長相似的氧化膜結(jié)構(gòu)和性能。37、影響氧化物生長的因素：溫度 h2o 摻雜效應(yīng)：重?fù)诫s的硅要比輕摻雜的氧化速率快。晶向：線性氧化速率依賴于晶向的原因是(111)面的硅原子密度比(100)面的大。因此在線性階段，(111)硅單晶的氧化速率將比(100)稍快，但(111)的電荷堆積要多。在拋物線階段，拋物線速率系數(shù)b不依賴于硅襯底的晶向。對于(111)和(100)向，在拋物線階段的氧化生長速率沒有差別。壓力效應(yīng)：生長速率將隨著壓力增大而增大。高

17、壓的方法可降低熱預(yù)算：允許降低溫度但仍保持不變的氧化速率，或者在相同溫度下獲得更快的氧化生長。等離子增強(qiáng)：給硅施以比等離子區(qū)低的偏壓，這可使硅片收集等離子區(qū)內(nèi)的電離氧。這種行為導(dǎo)致硅的快速氧化，并且允許氧化物生長在低于600的溫度下進(jìn)行。這一技術(shù)帶來的問題是產(chǎn)生顆粒、較高的膜應(yīng)力以及比熱生長氧化要差的膜質(zhì)量。38、用于熱工藝的基本設(shè)備：臥式爐、立式爐、快速熱處理(rtp)；39、rtp的主要優(yōu)點(diǎn)：減少熱預(yù)算 硅中雜質(zhì)運(yùn)動最小減少沾污，因?yàn)槔浔?cold wall)加熱由于較小的腔體體積，可以達(dá)到清潔的氣氛更短的加工時間（指循環(huán)時間）40、rtp的熱源：大多數(shù)的rtp采用多盞鹵鎢燈組裝在一起作為

18、熱源。41、rtp應(yīng)用： 1）注入退火，以消除缺陷并激活和擴(kuò)散雜質(zhì)；2）淀積膜的致密，如淀積氧化膜3）硼磷硅玻璃（bpsg）回流； 4）阻擋層退火，如氮化鈦(tin)；5）硅化物形成，如硅化鈦(tisi2)； 6）接觸合金42、熱氧化的目標(biāo)：按厚度要求生長無缺陷、均勻的sio2膜。干法熱氧化最常見的應(yīng)用是生長用于柵氧的薄氧化膜。用干法氧化生長的高質(zhì)量氧化物具有均勻的密度、無針孔、可重復(fù)的特點(diǎn)。第十一章 淀積43、關(guān)鍵層(critical layers)是指那些線條寬度被刻蝕為器件特征尺寸(cd)的金屬層。對于ulsi，特征尺寸的范圍一般為：形成柵的多晶硅、氧結(jié)構(gòu)以及距離硅片表面最近的金屬層。關(guān)

19、鍵層對于顆粒雜質(zhì)（致命缺陷）很敏感，在小尺寸情況下，可靠性問題（如電遷移）會更加顯著。44、非關(guān)鍵層(noncritical layers)指處于上部的金屬層，有更大的線寬。對于顆粒沾污不夠敏感；處于上部的非關(guān)鍵層的長導(dǎo)線長度等因素會影響芯片的速度和功耗。45、薄膜特性：好的臺階覆蓋能力(film step coverage)；填充高的深寬比間隙(high aspect ratio gaps)的能力：深寬比定義為間隙的深度和寬度的比值,用來描述小間隙（槽或孔）。高深寬比的間隙使得難于淀積形成厚度均勻的膜，并且會產(chǎn)生夾斷(pinch-off)和空洞好的厚度均勻性(thickness unifor

20、mity): 材料的電阻隨薄膜厚度的變化而變化，因此薄膜厚度要均勻。 膜層越薄就會有更多的缺陷，如針孔，這會導(dǎo)致膜本身的機(jī)械強(qiáng)度降低。 對于薄膜，要有好的表面平坦度來盡可能減少臺階和縫隙。高純度和高密度(film purity and density): 膜中含有h就會使膜特性蛻化。膜密度也是膜質(zhì)量的重要指標(biāo)，它顯示膜層中針孔和空洞的多少。多孔膜密度會降低，有時會導(dǎo)致折射率變小。受控制的化學(xué)劑量； 高度的結(jié)構(gòu)完整性和低的膜應(yīng)力； 好的電學(xué)特性;對襯底材料或下層膜好的黏附性46、膜的粘附性(film adhesion):為了避免薄膜分層和開裂，薄膜對襯底材料要有好的粘附性。開裂的膜會導(dǎo)致膜表面粗

21、糙，雜質(zhì)也可以穿過膜；對于起隔離作用的膜，開裂會導(dǎo)致電短路或者漏電流；薄膜對表面的粘附性由表面潔凈度、薄膜能與之合金的材料類型等因素決定；金屬鉻、鈦、鈷因?yàn)樗鼈兊恼掣叫远浅Ｓ杏谩?7、薄膜生長三步驟:第一步：晶核形成.第二步：聚集成束（島生長）.第三步：形成連續(xù)的膜。48、化學(xué)氣相淀積（cvd）是通過氣體混合的化學(xué)反應(yīng)在硅片表面淀積一層固體膜的工藝。硅片表面及其鄰近的區(qū)域被加熱來向反應(yīng)系統(tǒng)提供附加的能量?；瘜W(xué)氣相淀積的基本方面：產(chǎn)生化學(xué)變化，這可以通過化學(xué)反應(yīng)或熱分解膜中所有的材料物質(zhì)都源于外部的源化學(xué)氣相淀積工藝中的反應(yīng)物必須以氣相形式參加反應(yīng)49、化學(xué)氣相淀積過程中5種基本化學(xué)反應(yīng)：高溫

22、分解：通常在無氧的條件下，通過加熱化合物分解（化學(xué)鍵斷裂）；光分解： 利用輻射使化合物的化學(xué)鍵斷裂分解；還原反應(yīng)：反應(yīng)物分子和氫發(fā)生的反應(yīng)；氧化反應(yīng)：反應(yīng)物原子或分子和氧發(fā)生的反應(yīng)；氧化還原反應(yīng)：反應(yīng)3與4組合，反應(yīng)后形成兩種新的化合物。50、異類反應(yīng)與同類反應(yīng)：cvd工藝反應(yīng)發(fā)生在硅片表面或者非常接近表面的區(qū)域，稱為異類反應(yīng)（也叫表面催化）。某些反應(yīng)會在硅片表面的上方較高區(qū)域發(fā)生，這稱為同類反應(yīng)。同類反應(yīng)是要避免的，因?yàn)榉磻?yīng)生成物會形成束狀物，這會導(dǎo)致反應(yīng)物粘附性差、低密度和高缺陷。在cvd工藝中，需要異類反應(yīng)來生成高質(zhì)量的膜。51、cvd速度限制因素：質(zhì)量傳輸限制(mass-transpo

23、rt limited)淀積工藝：cvd反應(yīng)的速率不可能超越反應(yīng)氣體從主氣體流傳輸?shù)焦杵砻娴乃俾?。（質(zhì)量傳輸限制淀積工藝對溫度不敏感。高溫高壓cvd工藝是受質(zhì)量傳輸限制的。）反應(yīng)速度限制的(reaction-rate limited)（或動態(tài)控制(kinetically controlled)）：在更低的反應(yīng)溫度和壓力下，由于只有更少的能量來驅(qū)動表面反應(yīng)，表面反應(yīng)速度會降低。最終，反應(yīng)物到達(dá)硅片表面的速度將超過表面化學(xué)反應(yīng)的速度。（即使有更多的反應(yīng)物，由于低溫不能提供反應(yīng)所需的足夠能量，反應(yīng)速度也不會增加。）52、cvd 過程中使用等離子體的好處：1.更低的工藝溫度 (250450)； 2.對

24、高的深寬比間隙有好的填充能力 (用高密度等離子體)；3.淀積的膜對硅片有優(yōu)良的黏附能力； 4.高的淀積速率；5.少的針孔和空洞，因?yàn)橛懈叩哪っ芏龋?6.工藝溫度低，因而應(yīng)用范圍廣。53、低k材料：線電容c正比于絕緣介質(zhì)的k 值，低k值的絕緣介質(zhì)可以減小芯片總的互連電容，減小rc信號延遲，提高芯片性能。（芯片性能的一項(xiàng)指標(biāo)是信號的傳輸速度。芯片的不斷縮小導(dǎo)致互聯(lián)線寬度減小，使得傳輸信號導(dǎo)線電阻（r）增大。而且，導(dǎo)線間距的縮小產(chǎn)生了更多的寄生電容（c）。最終增加了rc信號延遲（rc信號延遲降低芯片速度，減弱芯片性能）。通常稱為互連延遲 。從本質(zhì)上講，減小互連尺寸帶來的寄生電阻和電容效應(yīng)而導(dǎo)致更大的

25、信號延遲。這與晶體管的發(fā)展正好相反，對晶體管而言，隨著柵長變小，延遲變小，晶體管的速度增加。）54、高k介電常數(shù)：用于dram存儲器中； 最終取代超薄柵氧。（mos晶體管中，柵介質(zhì)需要承受柵電極和襯底之間很高的電壓。薄柵氧會受到隧穿電流的影響。在小尺寸的ulsi，電子會在晶體管開或關(guān)時隧穿通過柵介質(zhì)。這將導(dǎo)致閾值電壓的漂移，并最終由于無法切換開關(guān)狀態(tài)而使電路失效。）55、外延生長方法：氣相外延 (vpe)、金屬有機(jī)cvd (mocvd)、分子束外延 (mbe)；第十二章 金屬化56、互連指由導(dǎo)電材料(鋁、多晶硅或銅)制成的連線將電信號傳輸?shù)叫酒牟煌糠帧?7、接觸(contact)指硅芯片內(nèi)

26、的器件與第一層金屬層之間在硅表面的連接。58、通孔(via)是穿過各種介質(zhì)層從某一金屬層到毗鄰的另一金屬層形成電通路的開口。59、常見的金屬和金屬合金：鋁、鋁銅合金、銅、阻擋層金屬、硅化物、金屬填充塞60、鋁：最早的互連金屬鋁在20時具有 µ-cm的低電阻率，比銅、金及銀的電阻率稍高。銅和銀都比較容易腐蝕，在硅和二氧化硅中有高的擴(kuò)散率，這些都阻止它們被用于半導(dǎo)體制造。金和銀比鋁昂貴得多，而且在氧化膜上附著不好。鋁能夠很容易和氧化硅反應(yīng)，加熱形成氧化鋁（al2o3），這促進(jìn)了氧化硅和鋁之間的附著。鋁容易淀積在硅片上，可用濕法刻蝕而不影響下層薄膜。61、鋁銅合金：鋁有電遷徒引起的可靠性問

27、題。由鋁和銅形成的合金，當(dāng)銅含量在4%時，其連線中的電遷移得到控制,即最大程度地解決電遷徒穩(wěn)定性問題。62、銅：由于銅具有更低的電阻率，因此可取代鋁成為主要的互連金屬材料。為什么引入銅？電阻率的減?。涸?0時，互連金屬線的電阻率從鋁的µ-cm減小到銅的µ-cm ；減少rc的信號延遲，增加芯片速度。功耗的減少：減小了線的寬度，降低了功耗。更高的集成密度：更窄的線寬，允許更高密度的電路集成，這意味著需要更少的金屬層。良好的抗電遷徒性能：銅不需要考慮電遷徒問題。更少的工藝步驟：用大馬士革方法處理銅具有減少工藝步驟 20到30 %的潛力。銅面臨的挑戰(zhàn)：銅快速擴(kuò)散進(jìn)氧化硅和硅，一旦進(jìn)

28、入器件的有源區(qū)，將會損壞器件。應(yīng)用常規(guī)的等離子體刻蝕工藝，銅不能容易形成圖形。低溫下（200）空氣中，銅很快被氧化，而且不會形成保護(hù)層阻止銅進(jìn)一步氧化。解決的一些方法：采用為銅優(yōu)化的阻擋層金屬處理。用鎢塞作為第一層金屬，與源、漏和柵區(qū)的接觸，克服了銅沾污硅的問題。采用雙大馬士革法，不需要刻蝕銅。63、阻擋層金屬的基本特性：1）有很好的阻擋擴(kuò)散作用； 2) 高導(dǎo)電率具有很低的歐姆接觸電阻；3) 在半導(dǎo)體和金屬之間有很好的附著； 4) 抗電遷徒；5) 在很薄的并且高溫下具有很好的穩(wěn)定性；6) 抗侵蝕和氧化。64、被用于填充的最普通的金屬是鎢，因此填充薄膜常常被稱為鎢填充薄膜。鎢具有均勻填充高深寬比

29、通孔的能力，因此被選作傳統(tǒng)的填充材料。鎢可抗電遷徒引起的失效，因此也被用作阻擋層以禁止硅和第一層之間的擴(kuò)散及反應(yīng)。鎢是難熔材料，熔點(diǎn)為：3417，在20時，體電阻率是µ-cm。65、濺射: 應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng),濺射的物理特性是轟擊靶，以轟擊出原子，并在硅片表面淀積這些原子形成薄膜。濺射的優(yōu)點(diǎn):1.具有淀積并保持復(fù)雜合金原組分的能力； 2.能夠淀積高溫熔化和難熔金屬；3.能夠在直徑為200mm或更大的硅片上控制淀積均勻薄膜；4.具有多腔集成設(shè)備，能夠在淀積金屬前清除硅片表面沾污和本身的氧化層 (被稱為原位濺射刻蝕)。三類濺射系統(tǒng):rf（射頻）濺射產(chǎn)額不高，導(dǎo)致它的沉積速率低，因此應(yīng)用受到

30、限制。 磁控；imp（離子化的金屬等離子體）離子化金屬等離子體為高深寬比淀積改進(jìn)了方向性。第十三章 光刻：氣相成膜到軟烘66、光刻包括：負(fù)性光刻：基本特征是當(dāng)曝光后，光刻膠會因交聯(lián)而變得不可溶解，并會硬化。一旦硬化，關(guān)聯(lián)的光刻膠就不能在溶劑中被洗掉。負(fù)性光刻膠得到了與掩膜版上圖案相反的圖形。正性光刻：正性光刻工藝中，復(fù)制到硅片表面上的圖形與掩膜版上的一樣。被紫外光曝光后的區(qū)域經(jīng)歷了一種光化學(xué)反應(yīng)，在顯影液中軟化并可溶解在其中。67、光刻的8個步驟：氣相成底膜(vaper prime)： 清洗、脫水和硅片表面成底膜處理目的：增強(qiáng)硅片和光刻膠的粘附性。硅片清洗包括濕法清洗和去離子水沖洗以去除沾污物

31、。脫水、干烘在一個封閉腔內(nèi)完成，以除去吸附在硅片表面的大部分水汽。然后立即用六甲基二硅胺烷(hexa-methyl-disilazane,簡稱hmds）進(jìn)行成膜處理，起到粘附促進(jìn)劑的作用。旋轉(zhuǎn)涂膠(spin coat)軟烘(soft bake)：目的是去除光刻膠中的溶劑。軟烘提高了粘附性，提升了光刻膠的均勻性，在刻蝕中得到了更好的線寬控制。典型的軟烘條件是在熱板上90到100烘30秒。對準(zhǔn)和曝光(alignment and exposure)：掩膜版與涂膠后硅片上的正確位置對準(zhǔn)。一旦對準(zhǔn)，將掩膜版和硅片曝光，把掩膜版圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上。對準(zhǔn)和曝光的重要質(zhì)量指標(biāo)是線寬分辨率、套準(zhǔn)精度、顆粒和

32、缺陷。曝光后烘培（peb)：對于深紫外(duv)光刻膠必須進(jìn)行曝光后烘培。顯影(develop)：光刻膠上的可溶解區(qū)域被化學(xué)顯影劑溶解，將可見的島或者窗口圖形留在硅片表面。通常的顯影方法有旋轉(zhuǎn)、噴霧、浸潤。堅膜烘培(hard bake)：顯影后的熱烘為堅膜烘培烘培要求揮發(fā)掉存留的光刻膠溶劑，提高光刻膠對硅片表面的粘附性。顯影檢查(develop inspect)：顯影后檢查來確定光刻膠圖形的質(zhì)量。檢查的目的：找出光刻膠有質(zhì)量問題的硅片，描述光刻膠工藝性能以滿足規(guī)范要求。顯影后檢查發(fā)現(xiàn)錯誤可糾正，否則硅片一旦被錯誤刻蝕，就成了廢品。68、光刻膠的作用：將掩膜版圖案轉(zhuǎn)移到硅片表面頂層的光刻膠中。在

33、后續(xù)工藝（如刻蝕或離子注入阻擋層）中，保護(hù)下面的材料。69、光刻要求硅片表面上存在的圖案與掩膜版上的圖形準(zhǔn)確對準(zhǔn)，這種特性指標(biāo)就是套準(zhǔn)精度。當(dāng)圖形形成要多次用到掩膜版時，任何套準(zhǔn)誤差（套準(zhǔn)容差：描述要形成的圖形層和前層的最大相對位移。一般，套準(zhǔn)容差為關(guān)鍵尺寸的三分之一。（掩膜投影對硅片的對準(zhǔn)對于滿足套準(zhǔn)容差的要求非常關(guān)鍵。）都會影響到硅片表面上不同圖案間總的布局容寬度。70、光刻膠的物理特性：分辨率區(qū)別硅片表面上兩個或更多的鄰近特征圖形的能力。對比度光刻膠上從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度。敏感性硅片表面光刻膠中產(chǎn)生一個良好圖形所需要的一定波長光的最小能量值(mj/cm2)。提供給光刻膠的光能量值

34、通常稱為曝光量。粘滯性指的是對于液體光刻膠來說其流動特性的定量指標(biāo)。粘滯性增加，光刻膠流動的趨勢變小。粘度單位泊(poise)。粘附性描述光刻膠粘于襯底的強(qiáng)度?？刮g性在后續(xù)的蝕刻中保護(hù)襯底表面的能力。表面張力液體中將表面分子拉向液體主體內(nèi)的分子間吸引力。存儲和傳送需規(guī)定光刻膠閑置期限和存儲溫度環(huán)境。沾污和顆粒光刻膠材料的純度很重要。控制可動離子沾污和顆粒。第十四章 光刻：對準(zhǔn)和曝光71、光刻機(jī)：接觸式光刻機(jī) ssi時代； 線寬>5m接近式光刻機(jī) 適用線寬24m掃描投影光刻機(jī) 適用于線寬1m 的非關(guān)鍵層分步重復(fù)光刻機(jī) 主要用于圖形形成關(guān)鍵尺寸小到m 和m 。步進(jìn)掃描光刻機(jī)(step-and

35、-scan system)步進(jìn)光刻機(jī)的目標(biāo)：使硅片表面和石英掩膜版對準(zhǔn)并聚集通過對光刻膠曝光，把高分辨率的投影掩膜版上圖形復(fù)制到硅片上在單位時間內(nèi)生產(chǎn)出足夠多的符合質(zhì)量規(guī)格的硅片其優(yōu)點(diǎn)：增大了曝光場，可以獲得較大的芯片尺寸；具有在整個掃描過程調(diào)節(jié)聚集的能力，使透鏡缺陷和硅片平整度變化能夠得到補(bǔ)償。72、光的衍射:光在傳播路徑中，遇到一個小孔或縫隙時，產(chǎn)生偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射。（衍射描述當(dāng)光通過投影掩膜上的狹窄圖形時的彎曲方式。）光的衍射和光刻密切相關(guān)。因?yàn)檠谀ぐ嫔嫌屑?xì)小圖形并且間距很窄，衍射圖樣奪走了曝光能量，并使光發(fā)射，導(dǎo)致光刻膠上不要曝光的區(qū)域被曝光。73、數(shù)值孔徑:一個透鏡能夠

36、俘獲一些衍射光。透鏡收集衍射光的能力被稱做透鏡的數(shù)值孔徑(numerical aperture,na)。na越大就能把更多的衍射光會聚到一點(diǎn)。第十五章 光刻：光刻膠顯影和先進(jìn)的光刻技術(shù)74、 通過顯影液將可溶解的光刻膠溶解就是光刻膠顯影，顯影除去了由曝光造成的可溶解光刻膠。75、顯影的目的是在光刻膠中獲得準(zhǔn)確的掩膜版圖案的復(fù)制，同時保證光刻膠粘附性可接受。76、由于提高了線寬分辨率，正膠是亞微米工藝制造中最普遍的光刻膠。77、顯影方法：連續(xù)噴霧顯影（所需的化學(xué)試劑少，腐蝕的快）；旋覆浸沒顯影（方法簡單）；78、顯影后的熱烘培稱為堅膜烘培，目的是蒸發(fā)掉剩余的溶劑使光刻膠變硬。堅膜提高了光刻膠對硅

37、襯底的粘附性，為下一步的工藝加工做好了準(zhǔn)備，如提高光刻膠抗刻蝕能力。堅膜也除去了剩余的顯影液和水。79、顯影后檢查是為了檢查缺陷，同時將有缺陷的硅片在還未進(jìn)行刻蝕或離子注入前從工藝線上取走或進(jìn)行返工（將硅片表面的光刻膠剝離，然后重新進(jìn)行光學(xué)光刻工藝的過程稱為硅片返工）。80、下一代光刻技術(shù)：極紫外（euv）光刻技術(shù) 角度限制投影電子束光刻技術(shù)(scalpel) 離子束投影光刻技術(shù)（ipl） x射線光刻技術(shù)第十六章 刻蝕81、刻蝕是用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程。刻蝕的基本目標(biāo)是在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩膜圖形。82、基本的刻蝕工藝：干法刻蝕和濕法刻蝕干法刻蝕是把硅片表

38、面曝露于氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，等離子體通過光刻膠中開出的窗口，與硅片發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，從而去掉曝露的表面材料。濕法刻蝕是用液體化學(xué)試劑以化學(xué)方式去除硅片表面的材料，一般用于尺寸較大的情況（大于3m ）。83、有圖形刻蝕和無圖形刻蝕：有圖形刻蝕采用掩蔽層來定義要刻蝕掉的表面材料區(qū)域，只有硅片上被選擇的這一部分在刻蝕過程中刻掉。無圖形刻蝕、反刻或剝離是在整個硅片沒有掩蔽的情況下進(jìn)行的。84、刻蝕參數(shù)：刻蝕速率：指刻蝕過程中去除硅片表面材料的速度，通常用Å/min表示?？涛g速率t/t (Å/min) 刻蝕窗口的深度稱為臺階高度?？涛g剖面：指的是被刻蝕圖形的側(cè)壁形狀刻蝕偏差：指刻

39、蝕以后線寬或關(guān)鍵尺寸間距的變化，它通常是由于橫向鉆蝕引起的，但也能由刻蝕剖面引起。刻蝕偏差wb-wa ；wb=刻蝕前光刻膠的線寬；wa=光刻膠去掉后被刻蝕材料的線寬選擇比：指的是同一刻蝕條件下被刻蝕材料與另一種材料相比刻蝕速率快多少。高選擇比意味著只刻除想要刻去的那一層材料。關(guān)鍵尺寸越小，選擇比要求越高。s=ef/er ，ef=被刻蝕材料的刻蝕速率；er掩蔽層材料的刻蝕速率；均勻性：是一種衡量刻蝕工藝在整個硅片上，或整個一批，或批與批之間刻蝕能力的參數(shù)。具有高深寬比硅槽的刻蝕速率要比具有低深寬比硅槽的刻蝕速率慢。稱為深寬比相關(guān)刻蝕(arde)，也稱為微負(fù)載效應(yīng)。殘留物：是刻蝕以后留在硅片表面不

40、想要的材料。它常常覆蓋在腔體內(nèi)壁或被刻蝕圖形的底部。產(chǎn)生原因：被刻蝕膜層中的污染物、選擇了不合適的化學(xué)刻蝕劑、腔體中的污染物、膜層中不均勻的雜質(zhì)分布。聚合物：在刻蝕過程中由光刻膠中的碳轉(zhuǎn)化而來并與刻蝕氣體（如c2f4）和刻蝕生成物結(jié)合在一起而形成的。聚合物的形成有時是有益的，是為了在刻蝕圖形的側(cè)壁上形成抗刻蝕膜從而防止橫向刻蝕，這樣能形成高的各向異性圖形。因?yàn)榫酆衔锬茏钃鯇?cè)壁的刻蝕，增強(qiáng)刻蝕的方向性，從而實(shí)現(xiàn)對圖形關(guān)鍵尺寸的良好控制。等離子體誘導(dǎo)損傷：包含具有能量的離子、電子和激發(fā)分子的等離子體可引起對硅片上的敏感器件引起等離子體誘導(dǎo)損傷。一種主要的損傷是非均勻等離子體在晶體管柵電極產(chǎn)生陷阱

41、電荷，引起薄柵氧化硅的擊穿。顆粒沾污和缺陷：等離子體帶來的硅片損傷有時由硅片表面附近的等離子體產(chǎn)生的顆粒沾污而引起的。氟基化學(xué)氣體等離子體比氯基或溴基等離子體產(chǎn)生較少的顆粒，因?yàn)榉a(chǎn)生的刻蝕生成物具有較高的蒸汽壓。85、干法刻蝕：優(yōu)點(diǎn)：刻蝕剖面是各向異性，具有非常好的側(cè)壁剖面控制；好的cd控制；最小的光刻膠脫落或粘附問題；好的片內(nèi)、片間、批次間的刻蝕均勻性；較低的化學(xué)制品使用和處理費(fèi)用；缺點(diǎn)：對下層材料的差的刻蝕選擇比；等離子體帶來的器件損傷；昂貴的設(shè)備；86、金屬的干法刻蝕：高的刻蝕速率（大于1000nm/min）；對下層的高選擇比；高的均勻性，且cd控制很好；沒有等離子體誘導(dǎo)充電帶來的器件

42、損傷；殘留物污染少；快速去膠87、濕法刻蝕優(yōu)點(diǎn)：對下層材料具有高的選擇比；對器件不會帶來等離子體損傷；設(shè)備簡單；濕法刻蝕缺點(diǎn)：在掩蔽層材料邊緣下面產(chǎn)生鉆蝕，形成各向同性的側(cè)壁；濕法刻蝕槽的安全性，可能帶來的光刻膠脫落和起泡，難以控制刻蝕槽的參數(shù)以保證均勻性，化學(xué)試劑的處理費(fèi)用昂貴等。88、刻蝕通常分為介質(zhì)刻蝕、硅刻蝕和金屬刻蝕。第十七章 離子注入89、摻雜是把雜質(zhì)引入半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)中，以改變其電學(xué)性能。兩種摻雜方式：擴(kuò)散、離子注入；離子注入中，這個掩膜通常是光刻膠，但由于它是一個低溫工藝，也可以使用其他一些掩膜。擴(kuò)散摻雜是在高溫爐中進(jìn)行的，所以需要氧化物或氮化物作為掩膜。擴(kuò)散是物質(zhì)的一個

43、基本性質(zhì)，描述了一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)中運(yùn)動的情況。擴(kuò)散分為三種：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)90、硅中固態(tài)雜質(zhì)的熱擴(kuò)散需要三個步驟：預(yù)淀積、推進(jìn)和激活。91、在硅片中，雜質(zhì)原子的擴(kuò)散有兩種機(jī)制：間隙式和替代式。具有高擴(kuò)散率的雜質(zhì)，如金、銅和鑷，容易利用間隙運(yùn)動在硅的晶格空隙中移動。移動速度較慢的雜質(zhì)，如半導(dǎo)體擴(kuò)散常用的砷和磷，通常利用替代運(yùn)動填充晶格中的空位。92、在一定溫度下，硅能夠吸收的雜質(zhì)數(shù)量是一定的，被稱為固溶度極限。每種確定的雜質(zhì)都有一個固溶度極限。硅中的雜質(zhì)只有一部分被真正激活，并提供用于導(dǎo)電的電子或空穴。大多數(shù)雜質(zhì)仍然處在間隙位置，沒有被電學(xué)激活。93、離子注入是一種向硅襯底中引入可控制數(shù)量

44、的雜質(zhì)，以改變其電學(xué)性能的方法。它是一種物理過程，即不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。離子注入能夠重復(fù)控制雜質(zhì)的濃度和深度，因而在幾乎所有的應(yīng)用中都優(yōu)于擴(kuò)散。離子注入工藝在離子注入機(jī)內(nèi)進(jìn)行。（1）離子注入過程的主要目標(biāo)：1.向硅片中引入均勻、可控制數(shù)量的特定雜質(zhì)。2.把雜質(zhì)放置在希望的深度。（2）離子注入的優(yōu)點(diǎn)：精確控制雜質(zhì)含量；很好的雜質(zhì)均勻性；對雜質(zhì)穿透深度有很好的控制產(chǎn)生單一離子束；低溫工藝；注入的離子能穿過薄膜；無固溶度極限；（3）離子注入的缺點(diǎn)：高能雜質(zhì)離子轟擊硅原子將對晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷，大多數(shù)都能用高溫退火進(jìn)行修復(fù)；注入的另一個缺點(diǎn)是注入設(shè)備的復(fù)雜性。94、離子注入?yún)?shù)：劑量：劑量(q)是單位面積硅

45、片表面注入的離子數(shù)，單位是原子每平分厘米。qit/ena q=劑量，單位是原子每平方厘米；i束流，單位是庫倫每秒（安培）；t注入時間，單位是秒；e電子電荷，×10-19c；n離子電荷（比如b+等于1）；a注入面積，單位是cm2射程：離子射程指的是離子注入過程中，離子穿入硅片的總距離注入機(jī)的能量越高，意味著雜質(zhì)原子能穿入硅片越深，射程越大。投影射程rp是注入離子在硅片中穿行的距離，決定于離子質(zhì)量和能量、靶的質(zhì)量和離子束相對于硅片晶體結(jié)構(gòu)的方向。注入離子在穿行硅片的過程中與硅原子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致能量損失，并最終停止在某一深度。兩個主要能量損失機(jī)制是電子阻礙和核阻礙。95、通常硅片的溫度控制在50以下，如果溫度超過100，光刻膠就會起泡脫落，在去膠的時候很難清洗干凈。96、影響注入過程中硅片溫度的因素有離子束能量、注入時間、掃描速度和硅片尺寸等。97、修復(fù)晶格