微纳加工纲要简答

纲要简答1.光学光刻的基本工艺流程：一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。2.特征尺寸，分辨率，焦深，数值孔径。各个参数之间的相互关系；提高光学光刻分辨率的方法；数值孔径NA对曝光分辨率(R=kλ/NA)和曝光聚焦深度(=/NA2，为曝光波长)的影响。意义特征尺寸集成电路中半导体器件的最小尺寸分辨率R可以曝光出来的最小特征尺寸焦深DOF透镜焦点周围的一个范围，在这个范围内图像连续地保持清晰，这个范围被称为焦深数值孔径NA透镜收集衍射光的能力称为透镜的数值孔径(NA)关系：其中k1是曝光工艺因子，λ为光源波长3.电子束光刻基本原理流程，影响电子束光刻精度因素和校正方法。原理：电子束光刻技术是利用电子束在涂有电子抗蚀剂的晶片上直接描画或投影复印图形的技术。分辨率极高，适用于制作纳米尺寸图形。流程：电子束光刻技术的主要工艺过程为涂胶、前烘、电子束曝光、显影和坚膜。影响精度的因素：内部工艺因素主要取决于电子束斑尺寸、扫描步长、电子束流剂量和电子散射引起的邻近效应。外部工艺因素包括电子抗蚀剂的厚度和显影时间。此外环境温度、电磁干扰、机械振动和电源不稳定都会影响曝光精度。校正方法：几何尺寸校正、剂量校正；4.X射线光刻的基本原理，曝光波长的选择方法和依据：原理：以更短的波长获得更高的曝光精度，分辨率高，穿透深度深，适用于制作小尺寸、大高径比图形。曝光波长：接近式曝光，受下面公式&衍射效应影响：X射线透过光刻胶后会在衬底激发二次电子，此外，X射线的照射可能激发光电子，二次电子和光电子的各向同性散射会使非曝光区也受到曝光。这与电子束曝光中的邻近效应类似。在短波长X射线曝光中，上述现象越明显。5.比较光学曝光、X射线曝光、电子束曝光这三种曝光技术的基本原理及其优缺点：曝光作用是指将设计制作的掩膜板上的图形转换成基片上的器件结构。光学曝光X射线曝光电子束曝光原理X射线曝光原理跟胶片照相机是一样的，只是两种胶片的材质稍有不同。电子束曝光是利用电子束在涂有感光胶的晶片上直接描画或投影复印图形的技术优点更高的曝光精度，分辨率高，穿透深度深电子束可以直接对光刻胶进行曝光而不需要掩膜板。缺点分辨率低，存在极限X射线来源曝光效率低6.机械泵、分子泵、扩散泵、离子泵机械泵依靠放置在偏心转子中的可以滑进滑出的旋片，将气体隔离，压缩，然后排除泵体之外。分子泵靠机械运动对气体分子施加作用，并使气体分子向特定方向运动。扩散泵依靠气体分子在低温条件（100K）下自发凝结或被其它物质表面吸附的性质实现对气体分子的去除，进而获得高真空的装置离子泵依靠高压阴极发射出的高速电子与残余气体气体分子相互碰撞后引起气体电离放电，而电离后的气体分子在高速撞击阴极时又会溅射出大量的Ti原子。由于Ti原子的活性很高，因而它将以吸附或化学反应的形式捕获大量的气体分子并在泵体内沉积下来，实现超高真空的获得。7.等离子体的产生的物理过程：等离子：是指部分被电离的气体，它是由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物。在等离子体气体中，电子的电量是等于正离子的电量，所以在总体上等离子体气体显示电中性。8.等离子体的产生方法和设备，RIE、ICP和ECR的三种产生等离子体的方法差别及其在刻蚀工艺中的特点。方法：直流辉光放电，射频，ICP，ECRICP：ECR系统是利用垂直磁场及交变电场，增加气体电离几率，电场增加电子的速度，磁场改变电子速度矢量方向。9.刻蚀的基本工艺流程，干法刻蚀和湿法刻蚀的基本机理与其优缺点。为什么干法刻蚀能获得垂直侧壁。刻蚀：狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。随着微制造工艺的发展；广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。工艺流程：湿法刻蚀干法刻蚀原理将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。一般被用于工艺流程前面的晶圆片准备、清洗等不涉及图形的环节。用等离子体进行薄膜刻蚀的技术，是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。硅片表面暴露于气态中产生的等离子体里，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应（或同时有这两种反应），从而去掉暴露的表面材料。优点工艺流程单一、设备简单、成本低、产量高、刻蚀选择比高缺点钻刻、均匀性难控制、胶脱落、化学品的安全性、化学废液处理费用昂贵对下层材料的差的刻蚀选择比、等离子体带来的器件损伤和昂贵的设备补充干法刻蚀系统可以是各向同性或各向异性的刻蚀机。影响浓度，时间，温度，搅动，批次为什么干法刻蚀能获得垂直侧壁？因为干法刻蚀中的离子轰击会形成侧壁淀积，该层淀积能够很好的抑制自由活性激团的反应，避免因各向同性作用造成的对侧壁的刻蚀，从而获得垂直侧壁。10.刻蚀工艺的7个特征参数：刻蚀速率，各向异性，均匀性，选择性，过刻，钻刻，负载效应。其中，宏观负载效应与微观负载效应出现的现象和原因是什么？如何避免？刻蚀是通过溶液与材料反应或其它机械方式来剥离、去除材料的一种微加工方法。项目解释刻蚀速率单位时间内腐蚀的深度各向异性物理性质随测量方向而变化的特性均匀性刻蚀速率变化的百分比选择比各种不同材料刻蚀速率的比率过刻在刻蚀过程中刻蚀线超出范围钻刻光刻胶掩膜下的侧向刻蚀负载效应局部刻蚀气体的消耗大于供给而引起刻蚀速率下降或者分布不均匀的效应宏观负载效应:是指因为刻蚀总面积的增加导致的整体刻蚀速率的下降；微观负载效应:是指同一个设计图案内图形的密度不同导致的刻蚀速率的不同。（密集的地方消耗的快,稀疏的地方消耗的慢）；与刻蚀深宽比相关的负载效应是指同一个衬底材料上不同尺寸的图形的刻蚀深度不同，（宽的部分刻蚀的深,窄的部分刻蚀的浅）。传统的刻蚀技术也有这种问题，但深刻蚀表现的更为明显，而且没有一种方法可以完全的消除这种负载效应，一般我们可以采取一些措施来缓解这种负载效应：①快速移走刻蚀表面的反应产物或者减少表面反应成分的不均匀分布，如采用高抽速真空系统、稀释反应气体、采用脉冲式等离子体；②改变原图案的设计，如增添一些无用图形来平衡图形密度的分布。11.SiO2、Si、Si3N4和Al的刻蚀方法（各向异性，各向同性，湿法，干法，Si-SiO2刻蚀选择比），控制参数，采用的气体种类。答：第五章P34-36；刻蚀方法刻蚀剂SiO2湿法刻蚀缓冲氢氟酸Si先用强氧化剂对硅氧化，再用HF腐蚀掉SiO2Si3N4用磷酸作为催化剂，此时氮化硅和二氧化硅的刻蚀速率比约为20:1。Al加热(35-60C)的硝酸和磷酸水溶液Si各向异性刻蚀KOH系统、EPW系统12.化学机械抛光的基本原理和优缺点，掌握金属和氧化物的CMP工艺及原理。原理：优点：缺点：13.物理气相沉积的主要方法和设备（热蒸发，电子束蒸发，磁控溅射），各具有什么特点，对真空环境有什么要求。热蒸发电子束蒸发磁控溅射特点对真空的要求需要需要充满Ar的真空14.化学气相沉积的基本原理（8个步骤），主要方法和设备。决定薄膜沉积速率的2个主要影响因素，温度对沉积速率的影响。定义：对于一种或数种物质的气体，以某种方式激活后（如高温、等离子化、光），在衬底表面发生化学反应，并沉积出所需固体薄膜的生长技术。•与物理气相沉积不同的是沉积粒子来源于化合物的气相分解或反应。•一般用于介质层和半导体层薄膜制备步骤：方法：从上往下依次是：常压化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积。温度影响：低温度下，淀积速率随温度倒数增加而减小；高温度下，淀积速率随温度倒数减小而增加但幅度趋缓。补充：PVDVS.CVDPVDCVD台阶覆盖率和填充能力低台阶覆盖率更好质量好，薄膜纯度高薄膜中含杂质高电导率低电导率适合淀积合金适合淀积绝缘材料15.衡量薄膜质量的特性参数（主要掌握台阶覆盖能力、膜应力、深宽比间隙填充能力）；解释台阶覆盖能力薄膜覆盖基片的能力。薄膜在不平整衬底表面的厚度要具有一致性，否则厚度不一致容易导致膜应力、电短路等问题。膜应力过大的膜应力可能导致空洞的形成。深宽比间隙填充能力16.SiO2和Si的薄膜沉积方法。第7章P29薄膜沉积方法SiO2LPCVD，（1）TEOS制备；（2）用硅烷制备。Si淀积多晶硅常用LPCVD。17.扩散的工艺流程和基本原理，预沉积阶段与推进阶段的杂质浓度扩散的特点。工艺流程：预沉积——推进——激活定义：物质（原子，分子，离子）从高浓度区域运动到低浓度区域的过程。工艺上的扩散定义为将杂质引入到半导体中，使之在半导体的特定区域中具有某种导电类型和一定电阻率。预沉积扩散的剂量是随时间变化，总杂质剂量随时间的平方根而增加，表面浓度恒定，杂质总量增加，扩散深度增加；推进扩散：杂质总量恒定，表面浓度下降，结深增加18.离子注入的工艺流程和基本原理。比较扩散与离子注入的优缺点定义：19.结深度的定义，控制结深度和掺杂浓度的方法，扩散与离子注入有何不同。20.离子注入过程中的两种主要能量损失机制。核阻碍、电子阻碍。21.离子注入的停止机制和沟道效应的解释，消除沟道效应的方法。停止机制：核阻碍、电子阻碍沟道效应：当离子速度方向平行于主晶轴时，部分离子会行进很长距离，而能量损失却非常小。这是由于核阻滞很小，而沟道电子密度很低，离子一旦进入沟道，将沿其方向继续运动，产生许多近似是弹性的、掠射性的沟道内碰撞，直到离子停止或脱离沟道。消除方法：22.SIMOX工艺的原理和工艺流程。注氧隔离（SIMOX）：在高温条件下，将高剂量氧离子注入到单晶硅中形成隔离层，在超高温退火条件下形成顶层硅、二氧化硅埋层、体硅三层结构的新型半导体材料。流程：1.氧注入；2.退火。23.热氧化工艺的基本原理。干法氧化和湿法氧化的区别。（以Si与SiO2为例）定义：在高温下,硅与氧反应以在硅表面生成氧化硅薄膜。干氧氧化：硅在分子氧中完全按照全氧化方程进行。湿法氧化：用的是水蒸气作氧化剂。24.氧化层生长厚度随时间的变化关系，出现2段不同生长速率的原因。影响氧化速率的参数有哪些。答：从SiO2的热氧化一般表达式可以导出两种极限情况，即线性近似和抛物线近似。说明氧化层速率同时取决于扩散的快慢和化学反应的快慢，也就导致了有两种不同的生长速率。影响速率：扩散的快慢和化学反应的快慢25.掌握利用Deal-Grove模型计算氧化层厚度的方法，注意初始氧化层对氧化的影响。根据公式计算：Xox是初始厚度26.隔离的概念，作用和常用的隔离方法。比较PN结隔离，LOCOS，STI和SOI的优缺点。器件隔离：使每个器件的工作都独立于其他器件状态；器件隔离的理想状态：将每一个器件完全包裹在绝缘材料中。方法：1.PN结隔离；2.氧化物隔离；3.沟槽隔离；4.绝缘体隔离。PN结隔离LOCOS（硅局部STI（浅沟槽隔SOI（绝缘体上氧化隔离技术）离）硅隔离）优点平面隔离，简单，成品率高，密度低，适合于低成本、低密度的器件可制作半台阶高度的厚场氧化层，有利光刻质量，工艺相对简单易行，隔离密度显著高于PN结隔离。可适用于0.35μm工艺，表面平坦，没有鸟嘴效应。沟道隔离采用硅刻蚀和沟道氧化的方法来减小氧化层的侵入。隔离效果极佳；没有衬底漏电流；没有寄生晶体管（闩锁效应）；高跨导；减小短沟道效应缺点有寄生电容和寄生晶体管鸟嘴效应；白带效应；窄沟效应工艺复杂，要求条件高成本高昂27.解释PN结隔离的隔离宽度的估算方法。解释PN结隔离的寄生效应及其解决方法。答：隔离宽度必须大于等于2WD（耗尽层宽度），在考虑横向扩散、衬底轻掺杂后，集电区之间间距需要～3.6μm。闩锁效应：是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的n-p-n-p结构产生的，当其中一个三极管正偏时，就会构成正反馈形成闩锁。解决方法：增加隔离层的掺杂浓度，以提高寄生阈值电压。缺点：容易形成结电容，P阻挡层不能接触到n埋层。28.LOCOS的工艺步骤。解释鸟嘴效应及其改进方法。工艺步骤：鸟嘴效应：LOCOS工艺在硅表面留下一个特有的凸起，凸起后面是逐渐变薄的、伸入到有源区内的