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（3）更宽的工作温度范围用硅制造的半导体器件可以工作在比锗制造的半导体器件更宽的温度范围，增加了半导体器件的应用范围和可靠性。

（4）氧化硅的自然生成硅表面有能够自然生长氧化硅（SiO2）的能力，SiO2是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污。

13.硅生长有哪两个生长方法？

用于什么样的地方？

（1）直拉法（CZ）

直拉法生长单晶硅是将熔化了的半导体级多晶硅变成有正确晶向并被掺杂成N型或P型的固体硅锭。

均匀的大直径晶体

（2）区熔法

区熔法是另一种单晶生长方法，它所生产的单晶硅中含氧量非常少，能生产目前为止最纯的单晶硅。

第二章

1.隔离分为哪些？

怎么样来做隔离？

①PN结隔离

未加正向偏压的PN结几乎无电流流动，因而PN结可作器件隔离用，双极型集成电路中的隔离主要采用PN结隔离。

1）首先在P型衬底上采用外延淀积工艺形成N型外延层。

2）在外延层上淀积二氧化硅（SiO2），并进行光刻和刻蚀。

3）去除光刻胶，露出隔离区上的N型外延层硅，然后在N型外延层上进行P型杂质扩散，扩散深度达到衬底，这是双极型集成电路制造工艺中最费时的一步，使N型的器件区域的底部和侧面均被PN结所包围，器件就制作在被包围的器件区里。

②绝缘体隔离

绝缘体隔离法通常用于MOS集成电路的隔离，用二氧化硅作为绝缘体，该二氧化硅作为隔离墙，一般来说，二氧化硅隔离用于器件区域的侧面，器件区域底部的隔离则用PN结来实现。

如图所示为集成电路中采用绝缘体隔离的例子。

深度达到衬底的V型沟槽内侧形成二氧化硅，再用多晶硅填满，达到绝缘隔离的目的。

2.绝缘体隔离分哪两种？

怎么做的？

1局部氧化隔离

2浅槽隔离

3.单个MOS管的制备过程？

薄膜制作、刻印、刻蚀和掺杂

4.各时代CMOS工艺的特点？

那个时代引入了什么方法？

例如哪个时代引入了蒸发方法？

120世纪80年代的CMOS工艺技术

20世纪80年代的CMOS工艺技术具有以下特点:

1）采用场氧化（LOCOS）工艺进行器件间的隔离。

2）采用磷硅玻璃和回流进行平坦化。

3）采用蒸发的方法进行金属层的淀积。

4）使用正性光刻胶进行光刻。

5）使用放大的掩膜版进行成像。

6）用等离子体刻蚀和湿法刻蚀工艺进行图形刻蚀。

②20世纪90年代CMOS工艺技术

20世纪90年代CMOS工艺技术具有以下特点：

1）器件制作在外延硅上（这样可以消除在CZ法拉单晶过程中的C、O）。

2）采用浅槽隔离技术（取代了局部氧化隔离技术）。

3）使用侧墙隔离（防止对源漏区进行更大剂量注入时，源漏区的杂质过于接近沟道以致可能发生源漏穿透），钛硅化合物和侧墙隔离解决了硅铝氧化问题。

4）多晶硅栅和采用钨硅化合物和钛硅化合物实现局部互连，减小了电阻并提高了器件速度。

5）光刻技术方面使用G-line（436nm）、I-line（365nm）、深紫外线DUV（248nm）光源曝光，并使用分辨率高的正性光刻胶，用步进曝光取代整体曝光。

6）用等离子体刻蚀形成刻蚀图形。

7）湿法刻蚀用于覆盖薄膜的去除。

8）采用立式氧化炉，能使硅片间距更小，更好地控制沾污。

9）采用快速热处理系统对离子注入之后的硅片进行退火处理及形成硅化物，能更快、更好地控制制造过程中的热预算。

10）用直流磁控溅射取代蒸发淀积金属膜。

11）采用多层金属互连技术。

12）钨CVD和CMP（或反刻）形成钨塞，实现层和层之间的互连。

13）Ti和TiN成为钨的阻挡层。

14）Ti作为Al-Cu粘附层，能减小接触电阻。

15）TiN抗反射涂层的应用，可以减小光刻曝光时驻波和反射切口。

16）BPSG通常被用作PMD（金属前绝缘层）。

17）DCVD：

PE-TEOS（采用等离子体增强正硅酸乙酯淀积二氧化硅）和O3-TEOS（采用臭氧和正硅酸乙酯反应淀积二氧化硅）来实现浅槽隔离、侧墙、PMD和IMD（金属层间绝缘层）的淀积。

18）DCVD:

PE-硅烷来实现PMD屏蔽氮化物、绝缘介质的抗反射涂层和PD氮化物的淀积。

19）介质采用CMP使表面平坦化。

20）Cluster（计算机集群）工具变得非常普遍。

21）单个硅片加工系统提高了可控硅片和硅片之间的一致性。

22）批处理系统仍然使用，可以使普通工人的生产量也很高。

③21世纪初的CMOS工艺技术

21世纪初的CMOS工艺技术具有以下特点：

1）特征尺寸0.13μm或更小。

2）硅片直径200mm或300mm。

3）使用浅槽隔离技术，有效地使硅片表面的晶体管与衬底隔离开，消除了辐射-诱导软错误。

4）增加了IC芯片的封装密度。

5）具有较高的抗辐射能力。

6）高性能电子芯片SOI芯片将成为主流。

7）铜和低k的介质用来减小RC延迟。

8）具有更低的功耗和更高的IC速度。

9）采用了大马士革工艺进行金属化。

第三章

1.沾污分为哪几类？

2.湿法和干法清洗定义？

它们的区别及优缺点？

①湿法清洗

主要依靠物理和化学（溶剂）的作用，如在化学活性剂吸附、浸透、溶解、离散作用下辅以超声波、喷淋、旋转、沸腾、蒸气、摇动等物理作用去除污渍。

②干法清洗

以等离子清洗技术为主，主要是依靠处于“等离子态”的物质的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。

3.RCA清洗,用什么样药水？

洗什么样的沾污？

4.清洗流程？

每一流程用什么样的要素来洗？

典型的硅片湿法清洗流程

第四章

1.SiO2的用途?

①二氧化硅膜的掩蔽作用

•阻挡杂质的扩散

•B、P、As等常见杂质在SiO2中的扩散系数远小于其在Si中的扩散系数

•某些杂质，如Ga，Na，O，Cu，Au等，是SiO2中的快速扩散杂质

②二氧化硅膜的保护和钝化作用

•防止器件表面或PN结受到机械损伤和杂质沾污

•将硅片表面或PN结与外界气氛隔开

③二氧化硅的隔离作用

•局部氧化隔离和浅槽隔离工艺中的绝缘体

④二氧化硅在某些器件中的重要作用1）MOS器件中的栅极材料

电阻率高，介电强度大，几乎不存在漏电流2）电容器的介质材料

相对介电常数为3~4，击穿电压较高，电容温度系数小

⑤用于电极引线和硅器件之间的绝缘

2.二氧化硅的应用及相应的生长方法?

常见的SiO2生长方法

①自然氧化层

②场氧化层

③栅氧化层

④阻挡层氧化

⑤掺杂阻挡层

⑥垫氧化层

⑦注入屏蔽氧化层

⑧金属层间绝缘阻挡层

3.不同方法生成的氧化膜特性比较

（一）在工艺中，虽然采用干氧氧化、湿氧氧化和水汽氧化都可以制备二氧化硅薄膜，但采用不同的氧化工艺，所制备出的薄膜性能有较大区别。

1）干氧氧化中，氧化速度较慢，氧化层结构致密；

表面是非极性的硅氧烷（Si-O-Si）结构，所以与光刻胶的粘附性能良好，不易产生浮胶现象。

2）水汽氧化速度较快，但由于水汽的进入，使得氧化层中大量的桥键氧裂变为非桥键氧的烃基，所以氧化层结构疏松，质量不如干氧氧化的好，特别是其表面是极性的硅烷醇，它极易吸附水，极性的水不易沾润非极性的光刻胶，所以氧化层表面与光刻胶粘附性差。

3）湿氧氧化兼有干氧氧化与水汽氧化两种作用，因此其氧化速度及氧化层质量介于干氧氧化及水汽氧化之间。

了解

（二）影响氧化速率的因素

①氧化层厚度与氧化时间的关系热氧化反应步骤：

1）氧化剂（O2和H2O）从气相内部输运到气体-氧化层界面（又称膜层表面）；

2）氧化剂扩散穿透已生成的二氧化硅起始层，抵达SiO2-Si界面；

3）在界面处与硅发生氧化反应；

4）生成的副产物扩散出氧化层，并随主气流转移。

氧化层厚度与氧化时间的关系：

1）氧化层厚度与氧化时间成正比，氧化层的生长速率主要取决于在硅表面上的氧化反应的快慢，称为表面反应控制，此时的氧化速率主要取决于化学反应速率常数ks的大小。

2）氧化层厚度与氧化时间的平方根成正比，氧化层的生长速率主要取决于氧化剂在氧化层中扩散的快慢，称为扩散控制，此时的氧化速率主要取决于扩散系数Dox的大小。

②氧化温度的影响

•随着温度的升高，扩散系数和反应速率常数均增大，氧化速率也增加。

③氧化剂分压的影响

•氧化速率常数与氧化剂分压成正比。

•在抛物线生长阶段，氧化速率随着氧化膜的变厚而变慢，因此要获得较厚氧化膜就需要很高的温度和很长的时间。

这时可采用高压水汽氧化技术，即在几到几十个大气压下通过增大氧化剂分压来提高氧化速率。

④氧化气氛的影响

⑤衬底表面势的影响

•衬底表面势的影响主要发生在氧化处于表面反应控制过程中，这是因为化学反应速率常数ks与衬底表面势有关。

而衬底表面势除了与衬底取向、掺杂浓度有关外，还与氧化前的表面处理等因素有关。

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第五章

1.化学气相淀积的概念？

化学气相淀积（CVD）是通过混合气体的化学反应生成固体反应物并使其淀积在硅片表面形成薄膜的工艺。

反应产生的其他副产物为挥发性气体，离开硅片表面并被抽出反应腔。

硅片表面及其邻近的区域被加热以向反应系统提供附加的能量。

2.化学气相淀积的原理?

①气态反应剂被输送至反应腔，以平流形式向出口流动。

②反应剂从主气流区以扩散方式通过边界层到达硅片表面。

③反应剂被吸附到硅表面。

④被吸附到硅表面的原子（分子）在衬底表面发生化学反应，生成固态物质淀积成膜。

⑤反应产生的气态副产物和未反应的反应剂离开衬底，排出系统。

3.CVD分类及应用？

分哪几类？

分别用于制备哪些东西？

①APCVD

常压化学气相淀积（APCVD）是指在一个大气压下进行的一种化学气相淀积的方法，这是最初采用的CVD方法。

•工艺系统简单

•工艺温度低

•反应速度和淀积速度快（淀积速度可达1000nm/min）

缺点：

•淀积的薄膜均匀性较差

•气体消耗量大

•台阶覆盖能力差

应用：

用于淀积相对较厚的介质层（如PSG或BPSG等）

1.SiO2的淀积

2.掺杂SiO2的淀积

②LPCVD

与APCVD相比，LPCVD加入了真空系统，其真空度约0.1～5Torr，反应温度一般为300~900℃。

•制备的薄膜纯度较高，均匀性和覆盖能力较好

•生产效率较高

•工艺温度高，沉积速率低

•设备维护工作量较大

•需要真空系统

用于沉积高温SiO2、Si3N4、多晶硅、W和WSi2等

1.SiO2淀积

2.Si3N4淀积

3.多晶硅淀积

③等离子体辅助CVD

等离子体又叫做电浆，是被电离后的气体，即以离子态形式存在的气体（正离子和电子组成的混合物）。

等离子体的特点：

1）等离子体呈现出高度不稳定态，有很强的化学活性。

等离子体辅助CVD就是利用了这个特点。

2）等离子体是一种很好的导电体，利用经过设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。

等离子体辅助CVD可分为PECVD和HDPCVD

•有更低的工艺温度（250~450℃）

•对高的深宽比间隙有好的填充能力（用高密度等离子体CVD）

•淀积的膜对硅片有优良的粘附能力

•有较高的淀积速率

•有较少的针孔和空洞，因而有较高的膜密度

•腔体可利用等离子体清洗

•需要RF系统，设备成本更高

•化学和颗粒污染

高的深宽比间隙填充、金属上的低温SiO2、铜种子层、氮化物

（1）等离子体增强CVD

应用于哪些？

1）SiO2淀积

2）SixNyHz淀积

（2）.高密度等离子体CVD

HDPCVD是利用激发混合气体的RF源在低压状态下制造出高密度的等离子体，等离子体在低压下以高密度混合气体的形式直接接触反应腔中硅片的表面。

•卓越的填孔能力

•稳定的沉积质量

•可靠的电学性能

适用于哪些工艺？

1）同步淀积和刻蚀

2）浅槽隔离（STI）

4.外延的概念和作用?

什么是同质外延？

什么是异质外延?

（1）概念

外延（EPI）工艺是指在单晶衬底上生长一层跟衬底具有相同晶向的单晶薄膜材料，该单晶薄膜层称为外延层。

若在硅衬底上生长单晶硅外延层称为同质外延层；

若在硅衬底上生长锗外延层称为异质外延层。

若在重掺杂衬底上生长轻掺杂外延层称为正外延；

在轻掺杂衬底上生长的重掺杂外延层称为反外延。

•外延层的掺杂厚度、浓度、轮廓等属性容易控制而不受硅衬底影响，因此这为设计者在优化器件性能方面提供了很大的灵活性。

（2）作用

1）双极性晶体管中N+埋层可减小基极与集电极之间的电阻

2）在高掺杂硅衬底上生长外延层以防止器件的闩锁效应

3）通过在器件的源、漏和栅区域沉积外延硅，形成抬高漏/源结构，降低膜层电阻

4）采用应变硅技术提高沟道处的载流子迁移率

5.Q：

质谱仪中的质量分析器有哪几种类型？

它们的工作原理分别是怎样的？

（请至少回答三种以上的类型）

1）单聚焦

基本原理：

带电粒子在磁场中发生偏转运动

2）四极杆

本原理：

调整射频工作频率w来选择离子的质量，调整U与V的比值来调整离子的通过率。

3）飞行时间

具有相同动能的物体，其运动速度与质量成反比

第六章

1.铝的优点和缺点？

•较低的电阻率

•铝价格低廉

•工艺兼容性

•铝膜与下层衬底具有良好的粘附性

•电阻率和电迁徙问题不能满足VLSI对互连线材料的要求

•熔点较低，导致在沉积完铝膜后不能再对硅片进行高温处理

2.什么叫电迁徙？

在大电流密度的情形下，大量电子对金属原子的持续碰撞，会引起原子逐渐而缓慢的移动，这就电迁徙现象。

3.铜的优点和缺点？

•更低的电阻率

•减少了功耗

•更高的互连线集成密度

•良好的抗电迁徙性能

•更少的工艺步骤

•信号延迟减小

•熔点较高，可适应硅片的高温处理

•铜在氧化硅和硅中的扩散率很高

•铜很难被刻蚀

•在小于200℃低温的空气中，铜很快被氧化，而且这一层氧化膜不会阻止铜进一步氧化

4.阻挡层金属的基本性质？

阻挡层金属是指为了防止上下层材料相互扩散而在它们中间引入的金属层。

基本特性：

•能很好地阻挡材料的扩散

•高电导率和很低的欧姆接触电阻

•在半导体和金属之间有很好的附着能力

•抗电迁徙能力强

•保证在很薄和高温下具有很好的稳定性

•抗侵蚀和抗氧化性好

5.什么材料之间用什么阻挡层材料?

阻挡层材料：

•铝和硅之间：

TiW、TiN

•钨和硅之间：

TiN

•铜和硅之间：

Ta、TaN、TaSiN

6.硅化物

材料：

WSi2、TaSi2、TiSi2、CoSi2

作用：

较小接触电阻

通常用途：

•有源区和金属层或钨填充塞之间的接触

•多晶硅和金属之间的接触

•局部互连

形成过程：

难熔金属沉积在硅上→高温退火处理形成硅化物

7.主要金属层的制备方法？

•蒸发

•溅射

•金属化学气相沉积

•电镀

8.传统金属化和双大马士革流程？

（1）传统金属化流程

1.第一层金属（金属1）

2.通孔2的形成

3.钨塞2的形成

4.淀积金属2

5.刻蚀出互连线

（2）双大马士革流程

1.层间介质淀积

2.金属2的线槽刻蚀

3.金属层间通孔刻蚀

4.淀积阻挡层金属

5.淀积铜种子层

6.铜电镀

7.用CMP清除额外的铜

第七章

1.光刻的概念?

光刻是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去并得到所需图像的工艺。

•临时性地涂覆光刻胶到硅片上

•转移设计图形到光刻胶上

•IC制造中最重要的工艺

•占用40%至50%芯片制造时间

•决定着芯片的最小特征尺寸

2.光刻的目的?

光刻的主要目的是用来在不同的器件和电路表面形成所需的各种图形。

3.光刻的主要参数

在光刻工艺中，主要的参数有特征尺寸、分辨率、套准精度和工艺宽容度等。

1.特征尺寸

特征尺寸一般指的是MOS管的最小栅长。

2.分辨率

分辨率是指将晶圆上两个邻近的特征图形区分开来的能力。

3.套准精度

光刻工艺要求晶圆表面上存在的图案与掩膜板上的图形精确对准，这种特性指标就是套准精度。

4.工艺宽容度

工艺宽容度指的是光刻工艺能始终如一地处理符合特定要求产品的能力。

4.光刻过程需要哪八大步骤？

每个步骤的作用？

（1）气相成底膜

1）清洗

沾污对光刻的影响：

•使光刻胶与硅片的粘附性变差

•使光刻胶涂布不均匀

•使光刻胶内部产生真空

2）干燥

•惰性气体或真空环境，200～250℃

•去除硅片表面水汽，提高光刻胶粘附性能

3）气相成底膜

•底膜材料HMDS

•起粘附促进剂

（2）旋转涂胶

四大步骤：

分滴、旋转铺开、旋转甩开、溶剂挥发

（3）软烘

目的：

•去除光刻胶中的溶剂

•提高光刻胶粘附性

•减小光刻胶的内应力

•防止光刻胶飞溅而污染设备

（4）曝光

对光刻胶进行曝光，使某些区域被光照，某些区域不被光照，发生不同的化学反应，在其中出现隐形的图形，为显影做准备。

1）对准

将掩模版与涂有光刻胶的硅片上的正确位臵对准

2）曝光

将掩膜板和硅片曝光，把掩模版图形转移到涂胶的硅片上

（5）烘焙

•促进光刻胶的化学反应（DUV光刻胶）

•提高光刻胶的粘附性并减少驻波（常规i线光刻胶）

（6）显影

利用感光与未感光的光刻胶对碱性溶液的不同溶解度，进行掩模图形的转移，让曝光后在光刻胶中形成的潜在图形显现出来，在光刻胶上形成三维图形。

显影步骤：

显影、清洗、甩干

（7）坚膜

高温去除光刻胶的剩余溶剂，增强光刻胶对硅片表面的附着力，使光刻胶适合于后续工序。

8.显影检查

检查并排除有缺陷的硅片

检查手段：

扫描电子显微镜、光学显微镜

9.正性光刻和负性光刻的概念?

优缺点？

•正性光刻是把与掩膜版上相同的图形复制到晶圆上。

•负性光刻是把与掩膜版上图形相反的图形复制到晶圆表面。

正性光刻

较高的固有分辨率、较强的抗干法腐蚀能力、抗热处理能力、良好的台阶覆盖

粘附性差、抗湿法腐蚀能力差、成本高

负性光刻：

对环境因素不灵敏、很高的感光速度、极好的粘附性和腐蚀能力、成本低

分辨率较低

10.什么样的光刻设备对应的过程是怎样的？

接触式光刻机

20世纪70年代的主要光刻手段，用于线宽尺寸约为5μm及以上的生产中

图形分辨率高，图像失真小

光刻胶层和掩膜板容易被污染

套准精度难以较好地控制

接近式光刻机

在20世纪70年代的SSI时代和MSI（中规模集成电路）早期普遍使用，适合于2到4μm线宽尺寸的工艺

解决了接触式光刻机的污染问题

系统的分辨率仍难以提高

扫描投影光刻机

从20世纪80年代初扫描投影光刻机开始占据主导地位，适用于线宽大于1μm的非关键层

解决了沾污、边缘衍射、分辨率限制等问题

对于亚微米特征尺寸的芯片，掩模版制作困难

分步重复光刻机

20世纪90年代用于晶圆制造的主流精细光刻设备，主要用于0.35μm和0.25μm特征尺寸的工艺中

采用放大尺寸的掩模版，使掩膜板制作难度降低

随着芯片尺寸增加和特征线宽减小，光路系统的成本急剧增加

步进扫描光刻机

步进扫描光学光刻系统是一种混合设备，融合了扫描投影光刻机和分步重复光刻机的技术，是通过使用缩小透镜扫描一个大曝光场图像到晶圆上的一部分实现光刻。

增大了曝光场，可以获得较大的芯片尺寸

一次曝光可以多曝光些芯片

具有在整个扫描过程中调节聚集的能力

增加了机械容许偏差控制的要求

第八章

1.刻蚀的概念?

刻蚀（Etching）是把进行光刻前所淀积的薄膜（厚度约在数百到数十纳米）中没有被光刻胶覆盖和保护的部分，用化学或物理的方式去除，以完成转移掩膜图形到薄膜上面的目的。

2.湿法和干法的定义与区别、特点？

刻蚀方法的分类：

1）湿法刻蚀

利用合适的化学试剂将未被光刻胶保护的晶圆部分分解，然后形成可溶性的化合物以达到去除的目的。

一般用于3μm以上尺度结构的刻蚀。

2）干法刻蚀

利用辉光（GlowDischarge）的方法产生带电离子以及具有高浓度化学活性的中性原子和自由基，这些粒子和晶圆进行反应，从而将光刻图形转移到晶圆上。

一般亚微米尺度结构的刻蚀。

区别：

湿法刻蚀：

各项同性、选择度高

干法刻蚀：

各项异性、选择性较差

湿法刻蚀

利用溶液与薄膜间所进行的化学反应，来去除薄膜未被光刻胶覆盖的部分，从而达到刻蚀的目的。

特点：

1）湿法刻蚀的反应生成物必须是气体或能溶于刻蚀剂的物质，否则会造成反应生成物沉淀，从而影响刻蚀正常进行。

2）湿法刻蚀是各向异性的，刻蚀中腐蚀液不但浸入到纵向方向，而且也在侧向进行腐蚀。

3）湿法刻蚀过程伴有放热和放气过程。

干法刻蚀

以等离子体来进行薄膜刻蚀的一种技术。

•刻蚀为各项异性

•能够较好地实现特征线宽的控制

•对光刻胶粘附性影响极小

•刻蚀均匀性较好

•化学品使用和处理成本降低

•选择比较差

•器件可能受到等离子的破坏

•设备较为昂贵

干法刻蚀又分为：

1）物理刻蚀

利用辉光放电将气体（比如氩气）解离成带正电的离子，再利用偏压将带正电的离子加速，轰击在