蘇州大學(xué)半導(dǎo)體工藝復(fù)習(xí)期末復(fù)習(xí)

1、半導(dǎo)體工藝復(fù)習(xí)整理半導(dǎo)體工藝期末復(fù)習(xí)針對(duì)性總結(jié)第一部分：論述題1、集成電路的工藝集成：晶體生長(zhǎng)（外延）、薄膜氧化、氣相沉積、光刻、擴(kuò)散、離子注入、刻蝕以及金屬化等。 2、工藝目的： 形成薄膜：化學(xué)反應(yīng)，pvd cvd旋涂，電鍍； 光刻：實(shí)現(xiàn)圖形的過(guò)渡轉(zhuǎn)移； 刻蝕：最后的圖形轉(zhuǎn)移； 改變薄膜：注入，擴(kuò)散，退火；3、單晶硅制備的方法：直拉法、磁控直拉技術(shù)、懸浮區(qū)熔法（FZ）。 4、直拉法的關(guān)鍵步驟以及優(yōu)缺點(diǎn)（1）關(guān)鍵步驟：熔硅、引晶、收頸、放肩、等徑生長(zhǎng)、收晶。熔硅：將坩堝內(nèi)多晶料全部熔化；引晶：先預(yù)熱籽晶達(dá)到結(jié)晶溫度后引出結(jié)晶；收頸：排除接觸不良引起的多晶和盡量消除籽晶內(nèi)原有位錯(cuò)的延伸； 放肩：

2、略降低溫度（15-42 C）,讓晶體逐漸長(zhǎng)到所需的直接為止； 等徑生長(zhǎng)：提高拉速收肩，收肩后保持晶體直徑不變，就是等徑生長(zhǎng)； 收晶：拉速不變、升高熔體溫度或熔體溫度不變、加速拉速，使晶體脫離熔體液 面。（2）優(yōu)點(diǎn)：所生長(zhǎng)單晶的直徑較大，成本相對(duì)較低； 通過(guò)熱場(chǎng)調(diào)整及晶體轉(zhuǎn)速、坩堝轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)的優(yōu)化，可較好控制電阻率徑 向均勻性。（3） 缺點(diǎn)：石英坩堝內(nèi)壁被熔硅侵蝕及石墨保溫加熱元件的影響，易引入氧、碳等雜質(zhì), 不易生長(zhǎng)高電阻率的單晶。5、 磁控直拉技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：減少溫度波動(dòng)； 減輕熔硅與坩堝作用； 降低了缺陷密度，氧的含量； 使擴(kuò)散層厚度增大； 提高了電阻分布的均勻性。6、懸浮區(qū)熔法制備單晶體

3、： 特點(diǎn)：不需要坩堝，污染少； 制備的單晶硅雜質(zhì)濃度比直拉法更低； 主要用于需要高電阻率材料的器件。缺點(diǎn)：?jiǎn)尉е睆讲患?CZ法 7、晶體生長(zhǎng)產(chǎn)生的缺陷種類(lèi)及影響種類(lèi)：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷； 影響：點(diǎn)缺陷 影響雜質(zhì)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；線缺陷金屬雜質(zhì)容易在線缺陷處析出，劣化器件性能； 面缺陷 不能用于制作集成電路； 體缺陷不能用于制作集成電路。8、外延生長(zhǎng) 常用的外延技術(shù)：化學(xué)氣相淀積（ CVD、分子束外延（MBE。 化學(xué)氣相淀積：通過(guò)氣體化合物間的化學(xué)作用而形成外延的工藝；分類(lèi)：常壓（APCV）低壓（LPCVD； 分子束外延：在超高真空下（約10-8 ? 一個(gè)或多個(gè)熱原子或熱分子束在晶體表面反

4、 應(yīng)的外延技術(shù)；優(yōu)點(diǎn)：（1） MBE能夠非常精準(zhǔn)地控制化學(xué)組成和摻雜濃度粉分布；（2）能夠制作厚度只有原子層量級(jí)的單晶多層結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)：MBE的生長(zhǎng)速度非常慢；9、MBE系統(tǒng)中，原位清潔表面的方法： 高溫烘焙：可分解自然氧化層和其他吸附物質(zhì)；缺點(diǎn)：很難實(shí)現(xiàn)大尺寸的硅片地均勻加熱； 離子束濺射：利用惰性氣體的低能離子束去濺射清潔表面+低溫退火修復(fù)晶格表；優(yōu)點(diǎn)：對(duì)表面污染不敏感，可以去除各種污染物；缺點(diǎn)：濺射對(duì)晶格造成的損傷不易修復(fù)； 光學(xué)清潔處理 活性離子束法10、凈化的三個(gè)層次：環(huán)境、硅片清洗、吸雜；11、晶圓污染物的種類(lèi)：顆粒、金屬、有機(jī)物、自然氧化層、重金屬和堿金屬離子。 顆粒的來(lái)源及去除方

5、法：-空氣：超級(jí)凈化空氣人體：風(fēng)浴、防護(hù)服、面罩、手套等，機(jī)器手 /人設(shè)備：特殊設(shè)計(jì)及材料定期清洗化學(xué)品：超純化學(xué)品去離子水去除方法：粒子和硅片表面的電排斥；氧化分解；溶解；硅片表面輕微的腐蝕去除。 金屬的來(lái)源及去除方法：來(lái)源：化學(xué)試劑，離子注入，反應(yīng)離子刻蝕等工藝去除方法：使金屬原子氧化變成可溶性離子【去除溶液：SC-1,SC-2（H 2Q:強(qiáng)氧化劑）】 有機(jī)物來(lái)源及去除方法：來(lái)源：環(huán)境中的有機(jī)蒸汽、存儲(chǔ)容器、光刻膠的殘留物；去除方法：強(qiáng)氧化一臭氧干法、H2SQ-H2Q、臭氧注入純水 自然氧化層去除方法：HF+ HQ （1:50或1:100）； 重金屬和堿金屬離子的去除方法：吸雜、PSG超凈

6、工藝+ Si3Z鈍化保護(hù)。12、硅片清洗的容器和載體：（C-1/SPM/SC-2石英或 Teflon 容器F優(yōu)先使用Teflon容器硅片的載體只能用Teflon容器或者石英架13、吸雜的步驟：激活、擴(kuò)散、俘獲；堿金屬的吸雜：PSG超凈化+ Si3鈍化保護(hù)；其他金屬：本征吸雜和非本征吸雜14、凈化的必要性器件：少子壽命下降，？?改變，?下降，窗?上升，柵擊穿電壓下降， 可靠性下降；電路：產(chǎn)率下降，電路性能下降；15、 二氧化硅的相關(guān)知識(shí)（相對(duì)介電常數(shù)3.9）（1）基本性質(zhì)：可以方便地利用光刻和刻蝕實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移； 可以作為多數(shù)雜質(zhì)摻雜的掩蔽（B,P,As）； 優(yōu)秀的絕緣性能； 很高的擊穿電場(chǎng)； 電

7、學(xué)性能穩(wěn)定； 穩(wěn)定、可重復(fù)制造的 Si/ ?界面；（2）在集成電路制造過(guò)程中的幾種用途：場(chǎng)氧化層、掩蔽氧化層、襯墊氧化層、柵氧 化層、隧道氧化層等。（3）生長(zhǎng)方式：熱氧化（濕氧氧化、干氧氧化）16、氧化反應(yīng)爐：立式反應(yīng)爐，臥式反應(yīng)爐； 立式反應(yīng)爐優(yōu)點(diǎn)：方便自動(dòng)裝載； 晶圓轉(zhuǎn)動(dòng)，均勻溫度和氣流； 不與爐壁接觸，產(chǎn)生顆粒少；若有顆粒，落在第一個(gè)晶圓上； 晶圓水平放置力矩為零； 垂直爐設(shè)計(jì)節(jié)省空間；臥式反應(yīng)爐缺點(diǎn)：維持恒溫區(qū)更難，空間占用大。17、干氧氧化和濕氧氧化對(duì)比：（1）干氧氧化優(yōu)點(diǎn)：氧化膜結(jié)構(gòu)致密、均勻性和重復(fù)性好、掩蔽能力強(qiáng)、鈍化效果好;缺點(diǎn)：生長(zhǎng)速率慢；（2）濕氧氧化的優(yōu)點(diǎn)：生長(zhǎng)速度快；

8、缺點(diǎn)：氧化膜結(jié)構(gòu)疏松，表面有缺陷，含水量多，對(duì)雜質(zhì)的掩蔽能力差;氧化膜掩蔽能力浮膠氧化質(zhì)量氧化速度干氧氧化致密強(qiáng)不易好慢濕氧氧化疏松弱容易差快18、影響氧化速率的因素：晶向、壓強(qiáng)、摻氯、摻雜、溫度；（1） 晶向?qū)ρ趸俾实挠绊懀?11晶向氧化速率最快，100氧化速率最慢;（2）壓強(qiáng)對(duì)氧化速率的影響：一定情況下，壓強(qiáng)越大，氧化速率越快；（3）氯對(duì)氧化速率的影響：氯起催化作用，加快氧化速率；（4）摻雜對(duì)氧化速率的影響：高摻雜區(qū)比低摻雜區(qū)氧化速率快；（5）溫度對(duì)氧化速率的影響：一定情況下，溫度越高，氧化速率越快。19、 兩類(lèi)主要的沉積方式：化學(xué)氣相沉積（CVD、物理氣相沉積（PVD；20、CVD反應(yīng)

9、必須滿足三個(gè)揮發(fā)性標(biāo)準(zhǔn)： 在淀積溫度下，反應(yīng)劑必須具備足夠高的蒸汽壓； 除淀積物質(zhì)外，反應(yīng)產(chǎn)物必須是揮發(fā)性的； 淀積物本身必須具有足夠低的蒸氣壓。21、CVD的分類(lèi)：APCVD LPCVD PECVDAPCVD優(yōu)點(diǎn)：沉積速度快；缺點(diǎn)：均勻性差；粒子污染；臺(tái)階覆蓋差；LPCVD優(yōu)點(diǎn)：沉積均勻；顆粒少；缺點(diǎn)：沉積速率低；PECVD優(yōu)點(diǎn)：溫度低；缺點(diǎn)：容量有限，腔壁上沉積物疏松；22、CVD的主要生長(zhǎng)材料：二氧化硅，氮化硅，多晶硅；23、 物理氣相淀積金屬的方法：蒸發(fā)和濺射。24、金屬硅化物的特點(diǎn)：電阻率低；高熱穩(wěn)定性。25、 鋁的電遷移：在電流的作用下，金屬原子會(huì)發(fā)生遷移現(xiàn)象。是由于電子的動(dòng)量傳給

10、帶正 電的金屬離子造成的。增強(qiáng)鋁導(dǎo)體對(duì)電遷移的抵抗能力的方法： 與銅形成合金； 用介質(zhì)將導(dǎo)體封閉起來(lái)； 淀積時(shí)加氧。26、用Al做金屬電極有哪些問(wèn)題？答：鋁的性能活躍，容易形成尖鍥；容易造成短路，影響MOS管器件性能。27、光刻膠的種類(lèi)、成分、區(qū)別以及去除： 正膠：由感光化合物、樹(shù)脂基材及有機(jī)溶劑組合而成，曝光區(qū)感光劑吸收光子而分解，聚合物分裂為短鏈，易于溶于顯影液中一曝光區(qū)易溶解 負(fù)膠：由聚合物和感光化合物結(jié)合而成，曝光區(qū)感光化合物吸收光能而使聚合物分子發(fā)生交聯(lián)，難溶于顯影液中一曝光區(qū)不溶解。 區(qū)別：正膠：分辨率好，易于去除，成本高；負(fù)膠：黏附性好，分辨率低，難去除； 光刻膠的去除：濕法：H

11、 2SQ+HO120°C,腐蝕金屬(Al)；濕法：有機(jī)物(MS2001),刻蝕金屬很微弱；干法：O 2 Plasma,適合于所有情況；【注】：光刻膠如果承受了高溫烘焙 ，離子注入，干法刻蝕，需要濕法(HaSQ+HQ )+干 法(O 2 Plasma)去膠。28、光刻的主要步驟：涂膠、曝光、顯影。涂膠：清洗、前烘和前處理、涂膠、涂膠后烘；曝光：對(duì)準(zhǔn)和曝光、曝光后烘；顯影：顯影、顯影后烘、圖形檢查；29、改善投影曝光工藝分辨率的主要方法： 縮短曝光波長(zhǎng)；增大NA透鏡直徑做大；減少 k值；光學(xué)臨近修正；表面平坦化；采用浸入式曝光；30、 在利用堿性溶液刻蝕單晶硅的工藝中，由于光刻膠會(huì)溶于堿

12、性溶液，如何形成有效的刻蝕掩膜層？答：先生長(zhǎng)一層氮化硅阻擋層，然后刻蝕掉用于產(chǎn)生MOSt的那部分氮化硅，接著生長(zhǎng)柵極。31、刻蝕的主要工藝參數(shù)：刻蝕速率、刻蝕選擇比、各向異性比；32、刻蝕方法：干法刻蝕、濕法刻蝕（1）干法刻蝕的優(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； 最小的光刻膠脫落或粘附問(wèn)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(duì)下層材料的差的刻蝕選擇比；等離子體帶來(lái)的器件損傷和昂貴的設(shè)備。（2）濕法刻蝕的優(yōu)點(diǎn)：選擇比高，適應(yīng)性強(qiáng)，表面均勻性好，對(duì)硅片損傷少；缺點(diǎn)：圖形刻蝕保真不理想，刻蝕圖形的最小線難以掌控。33、 影響濕法刻蝕的主要

13、因素：溫度和刻蝕溶液溶度。34、為什么干法刻蝕通常具有各向異性的特點(diǎn)？答：因?yàn)槲锢矸绞绞怯谜x子高速轟擊樣品表面，垂直方向的速度很大， 水平方向速度幾乎可以忽略不計(jì)了，所以只有有垂直方向的刻蝕。35、在亞微米工藝中，刻蝕應(yīng)該用干法還是濕法？答：干法。36、利用氨基等離子刻蝕金屬 Al在刻蝕完成之后需要做哪些處理，為什么？答：原因：側(cè)壁上殘留的 Cl與水汽反應(yīng)生成 HCI刻蝕Al，造成過(guò)刻；處理：通入CF4等離子體，用F代替CI ;通入氧氣，去掉光刻膠；立刻浸入去離 子水水中；37、 雜質(zhì)摻雜的主要目的是：改變半導(dǎo)體的電特性；特殊工藝需要；38、 雜質(zhì)摻雜的主要方式：擴(kuò)散和離子注入；39、影響擴(kuò)

14、散和離子注入的因素 擴(kuò)散：濃度梯度、溫度； 離子注入：離子、電場(chǎng)；40、擴(kuò)散中兩種雜質(zhì)分布的比較：（1）余誤差函數(shù)分布：表面濃度恒定；雜質(zhì)總量增加；結(jié)深增加；（2）高斯函數(shù)分布：雜質(zhì)總量恒定；表面濃度下降；結(jié)深增加。41、 離子注入的特點(diǎn)：注入能量介于1keV到1MeV之間； 離子深度平均可達(dá) 10 nm到10um; 離子劑量（dose）從10 cm-到10 cm-。42、 離子注入相對(duì)于雜質(zhì)擴(kuò)散的優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)性、更準(zhǔn)確地控制雜質(zhì)摻雜和較低的工藝溫度。43、如何減少由離子注入工藝所引起的溝道效應(yīng)？ 表面用非晶掩膜層； 偏離主晶軸7-10 ° ； 用離子（Si，Ge, F，Ar）注入使

15、表面預(yù)非晶化，形成非晶層。44、離子注入工藝完成后需要一步退火工藝的原因？答：去除由注入造成的損傷，讓硅晶格恢復(fù)其原有完美晶體結(jié)構(gòu)； 讓雜質(zhì)進(jìn)入電活性位置一一替位位置； 恢復(fù)電子和空穴遷移率。45、LOCO缸藝隔離是指什么？為什么會(huì)影響器件的溝道長(zhǎng)度？那么器件間的隔離還可以采取什么工藝？請(qǐng)簡(jiǎn)要描述。 LOCOSi離是指以氮化硅為掩膜實(shí)現(xiàn)了硅的區(qū)域選擇氧化。 由于被保護(hù)區(qū)與未被保護(hù)區(qū)邊界上氧化效果不同，進(jìn)而會(huì)形成鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)則會(huì)影響溝道長(zhǎng)度（溝道變寬）；還可采取改進(jìn)的 LOCOPBL,在LPCVD?3?4前，先淀積一層多晶硅，讓多晶硅消耗 場(chǎng)氧化時(shí)橫向擴(kuò)散的？鳥(niǎo)嘴可減小至0.1-0.2卩m

16、(即溝道變寬效應(yīng)削弱)；或者采取淺阱隔離工藝，首先刻蝕出淺阱，并在側(cè)壁及底部淀積一層薄膜，然后再生長(zhǎng)?采用CMP機(jī)械拋光全局平坦化，再定義柵電極，最后形成溝道。46、銅導(dǎo)線的圖形用什么工藝形成？答：通過(guò)SODT藝：旋涂及光刻，刻蝕形成圖案，進(jìn)而PVD沉積Cu籽晶層，銅電鍍沉積形成銅導(dǎo)線圖案。47、可以實(shí)現(xiàn)局部平坦化和全局平坦化的工藝分別是什么？答：局部平坦化采用 PSG BPSG高溫回流；全局平坦化采用 CMP機(jī)械拋光。第二部分：計(jì)算題1、一 p型ioo晶向的硅晶圓，其電阻率為iooqcm置于濕法氧化 的系統(tǒng)中生長(zhǎng)0.45um氧化層，生長(zhǎng)溫度為1050C。試計(jì)算氧化的時(shí) 間。解：通過(guò)讀表可知，

17、B=0.5?h ,-=2卩m/h?由？+Ax=B (t+ t) , t =0, x=0.45 卩 m得：t = ?+?= 04蘭 + 1 x 0.45 = 0.63(h)?0.522、運(yùn)用方程(11),計(jì)算在920C、25個(gè)大氣壓條件下，需要多長(zhǎng)時(shí)間才能生長(zhǎng) 2 卩 m厚的?假定 A=0.5 卩 m B=0.203?2/h , t =0.解：由題已知：A=0.5 a m B=0.203?/h , t =0.? ?2 2o 5由？+Ax=B( t+ t)得 t = +-?= + x 2=24.6 (h)? ?0.2030.203答：需要24.6h才能生長(zhǎng)2卩m后的?6半導(dǎo)體工藝復(fù)習(xí)整理7半導(dǎo)體工

18、藝復(fù)習(xí)整理3、試計(jì)算在980C及1大氣壓下對(duì)100晶向的硅晶圓進(jìn)行干法氧化的擴(kuò)散系數(shù)D.?解：查表可知：B=8X 10-3 ?渤,尹.05卩m/h?=5.2 X 1016?7? ?= 2.2 x 1022 個(gè)/?得 k = -? ? =0.05 X2.2 x 賃=2.1 x 104?5.1 X 106土 = 0.160.05由?=? ?"7?=?又由A=2?【由于本人業(yè)務(wù)繁忙得 d=產(chǎn) 0° =侮 x 103 （?渤）其他計(jì)算題請(qǐng)自行整理】4、孑?及?的介電常數(shù)約為3.9、7.6及25.試計(jì)算分別以?和？?？?/ ?作為介質(zhì)的電容的比值，兩種情況下電容介質(zhì)厚度相等，且？?:? ： ?的?厚度比例為1:1:1.5、對(duì)于習(xí)題 乙 試以二氧化硅的厚度來(lái)計(jì)算？?？的等效厚度.假設(shè) 兩者有相同的電容值，？?？的實(shí)際厚度為3t.8半導(dǎo)體工藝復(fù)習(xí)整理6、一介質(zhì)置于兩平行金屬線間，其長(zhǎng)度 L=1cm寬度W=0.28a m厚 度T=0.3 a m 兩金屬間距 S=0.36a m.(a) 計(jì)算RC延時(shí)時(shí)間，假設(shè)金屬材料為鋁，其電阻率為2.67 aQcm 介質(zhì)為氧化硅，其介電常數(shù)為3.9?;(b) 計(jì)算RC延時(shí)時(shí)間，假設(shè)金屬材料為銅，其電阻率為1.7 aQcm 介質(zhì)為有機(jī)聚合物，其介電常數(shù)為 2.8?.(c) 比較(a)、(b)中的結(jié)果，我們