苏州大学半导体工艺复习期末复习

半导体工艺复习整理1半导体工艺期末复习针对性总结第一部分：论述题1、集成电路的工艺集成：晶体生长（外延）、薄膜氧化、气相沉积、光刻、扩散、离子注入、刻蚀以及金属化等。☆2、工艺目的：①形成薄膜：化学反应，PVD，CVD，旋涂，电镀；②光刻：实现图形的过渡转移；③刻蚀：最后的图形转移；④改变薄膜：注入，扩散，退火；3、单晶硅制备的方法：直拉法、磁控直拉技术、悬浮区熔法（FZ）。☆4、直拉法的关键步骤以及优缺点（1）关键步骤：熔硅、引晶、收颈、放肩、等径生长、收晶。熔硅：将坩埚内多晶料全部熔化；引晶：先预热籽晶达到结晶温度后引出结晶；收颈：排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸；放肩：略降低温度（15-42℃），让晶体逐渐长到所需的直接为止；等径生长：提高拉速收肩，收肩后保持晶体直径不变，就是等径生长；收晶：拉速不变、升高熔体温度或熔体温度不变、加速拉速，使晶体脱离熔体液面。（2）优点：①所生长单晶的直径较大，成本相对较低；②通过热场调整及晶体转速、坩埚转速等工艺参数的优化，可较好控制电阻率径向均匀性。（3）缺点：石英坩埚内壁被熔硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响，易引入氧、碳等杂质，不易生长高电阻率的单晶。5、磁控直拉技术的优点：①减少温度波动；②减轻熔硅与坩埚作用；③降低了缺陷密度，氧的含量；④使扩散层厚度增大；⑤提高了电阻分布的均匀性。6、悬浮区熔法制备单晶体：特点：①不需要坩埚，污染少；②制备的单晶硅杂质浓度比直拉法更低；③主要用于需要高电阻率材料的器件。缺点：单晶直径不及CZ法☆7、晶体生长产生的缺陷种类及影响种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷；影响：点缺陷……影响杂质的扩散运动；线缺陷……金属杂质容易在线缺陷处析出，劣化器件性能；面缺陷……不能用于制作集成电路；体缺陷……不能用于制作集成电路。半导体工艺复习整理28、外延生长①常用的外延技术：化学气相淀积（CVD）、分子束外延（MBE）。②化学气相淀积：通过气体化合物间的化学作用而形成外延的工艺；分类：常压（APCVD）、低压（LPCVD）；③分子束外延：在超高真空下（约10−8𝑃𝑎），一个或多个热原子或热分子束在晶体表面反应的外延技术；优点：（1）MBE能够非常精准地控制化学组成和掺杂浓度粉分布；（2）能够制作厚度只有原子层量级的单晶多层结构。缺点：MBE的生长速度非常慢；9、MBE系统中，原位清洁表面的方法：①高温烘焙：可分解自然氧化层和其他吸附物质；缺点：很难实现大尺寸的硅片地均匀加热；②离子束溅射：利用惰性气体的低能离子束去溅射清洁表面+低温退火修复晶格表；优点：对表面污染不敏感，可以去除各种污染物；缺点：溅射对晶格造成的损伤不易修复；③光学清洁处理④活性离子束法10、净化的三个层次：环境、硅片清洗、吸杂；11、晶圆污染物的种类：颗粒、金属、有机物、自然氧化层、重金属和碱金属离子。①颗粒的来源及去除方法：空气：超级净化空气人体：风浴、防护服、面罩、手套等，机器手/人设备：特殊设计及材料定期清洗化学品：超纯化学品去离子水去除方法：①粒子和硅片表面的电排斥；②氧化分解；③溶解；④硅片表面轻微的腐蚀去除。②金属的来源及去除方法：来源：化学试剂，离子注入，反应离子刻蚀等工艺去除方法：使金属原子氧化变成可溶性离子【去除溶液：SC-1,SC-2(H2O2:强氧化剂)】③有机物来源及去除方法：来源：环境中的有机蒸汽、存储容器、光刻胶的残留物；去除方法：强氧化—臭氧干法、H2SO4-H2O2、臭氧注入纯水④自然氧化层去除方法：HF＋H2O(1:50或1:100);⑤重金属和碱金属离子的去除方法：吸杂、PSG、超净工艺＋Si3N4钝化保护。12、硅片清洗的容器和载体：SC-1/SPM/SC-2石英或Teflon容器HF优先使用Teflon容器硅片的载体只能用Teflon容器或者石英架13、吸杂的步骤：激活、扩散、俘获；碱金属的吸杂：PSG，超净化＋Si3N4钝化保护；其他金属：本征吸杂和非本征吸杂半导体工艺复习整理314、净化的必要性器件：少子寿命下降，𝑉𝑇改变，𝐼𝑜𝑛下降，𝐼𝑜𝑓𝑓上升，栅击穿电压下降，可靠性下降；电路：产率下降，电路性能下降；15、二氧化硅的相关知识（相对介电常数3.9）（1）基本性质：①可以方便地利用光刻和刻蚀实现图形转移；②可以作为多数杂质掺杂的掩蔽（B,P,As）；③优秀的绝缘性能；④很高的击穿电场；⑤电学性能稳定；⑥稳定、可重复制造的Si/𝑆𝑖𝑂2界面；（2）在集成电路制造过程中的几种用途：场氧化层、掩蔽氧化层、衬垫氧化层、栅氧化层、隧道氧化层等。（3）生长方式：热氧化（湿氧氧化、干氧氧化）16、氧化反应炉：立式反应炉，卧式反应炉；立式反应炉优点：①方便自动装载；②晶圆转动，均匀温度和气流；③不与炉壁接触，产生颗粒少；若有颗粒，落在第一个晶圆上；④晶圆水平放置力矩为零；⑤垂直炉设计节省空间；卧式反应炉缺点：维持恒温区更难，空间占用大。17、干氧氧化和湿氧氧化对比：（1）干氧氧化优点：氧化膜结构致密、均匀性和重复性好、掩蔽能力强、钝化效果好；缺点：生长速率慢；（2）湿氧氧化的优点：生长速度快；缺点：氧化膜结构疏松，表面有缺陷，含水量多，对杂质的掩蔽能力差；氧化膜掩蔽能力浮胶氧化质量氧化速度干氧氧化致密强不易好慢湿氧氧化疏松弱容易差快18、影响氧化速率的因素：晶向、压强、掺氯、掺杂、温度；（1）晶向对氧化速率的影响：111晶向氧化速率最快，100氧化速率最慢；（2）压强对氧化速率的影响：一定情况下，压强越大，氧化速率越快；（3）氯对氧化速率的影响：氯起催化作用，加快氧化速率；（4）掺杂对氧化速率的影响：高掺杂区比低掺杂区氧化速率快；（5）温度对氧化速率的影响：一定情况下，温度越高，氧化速率越快。19、两类主要的沉积方式：化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）；20、CVD反应必须满足三个挥发性标准：①在淀积温度下，反应剂必须具备足够高的蒸汽压；②除淀积物质外，反应产物必须是挥发性的；③淀积物本身必须具有足够低的蒸气压。半导体工艺复习整理421、CVD的分类：APCVD、LPCVD、PECVDAPCVD优点：沉积速度快；缺点：均匀性差；粒子污染；台阶覆盖差；LPCVD优点：沉积均匀；颗粒少；缺点：沉积速率低；PECVD优点：温度低；缺点：容量有限，腔壁上沉积物疏松；22、CVD的主要生长材料：二氧化硅，氮化硅，多晶硅；23、物理气相淀积金属的方法：蒸发和溅射。24、金属硅化物的特点：电阻率低；高热稳定性。25、铝的电迁移：在电流的作用下，金属原子会发生迁移现象。是由于电子的动量传给带正电的金属离子造成的。增强铝导体对电迁移的抵抗能力的方法：①与铜形成合金；②用介质将导体封闭起来；③淀积时加氧。26、用Al做金属电极有哪些问题？答：铝的性能活跃，容易形成尖锲；容易造成短路，影响MOS管器件性能。27、光刻胶的种类、成分、区别以及去除：①正胶：由感光化合物、树脂基材及有机溶剂组合而成，曝光区感光剂吸收光子而分解，聚合物分裂为短链，易于溶于显影液中—曝光区易溶解②负胶：由聚合物和感光化合物结合而成，曝光区感光化合物吸收光能而使聚合物分子发生交联，难溶于显影液中—曝光区不溶解。③区别：正胶：分辨率好，易于去除，成本高；负胶：黏附性好，分辨率低，难去除；④光刻胶的去除：湿法:H2SO4+H2O2120oC,腐蚀金属(Al)；湿法:有机物(MS2001),刻蚀金属很微弱；干法:O2Plasma,适合于所有情况；【注】：光刻胶如果承受了高温烘焙,离子注入,干法刻蚀,需要湿法(H2SO4+H2O2)+干法(O2Plasma)去胶。28、光刻的主要步骤：涂胶、曝光、显影。涂胶：清洗、前烘和前处理、涂胶、涂胶后烘；曝光：对准和曝光、曝光后烘；显影：显影、显影后烘、图形检查；29、改善投影曝光工艺分辨率的主要方法：①缩短曝光波长；②增大NA，透镜直径做大；③减少k值；④光学临近修正；⑤表面平坦化；⑥采用浸入式曝光；30、在利用碱性溶液刻蚀单晶硅的工艺中，由于光刻胶会溶于碱性溶液，如何形成有效的刻蚀掩膜层？答：先生长一层氮化硅阻挡层，然后刻蚀掉用于产生MOS管的那部分氮化硅，接着生长栅极。31、刻蚀的主要工艺参数：刻蚀速率、刻蚀选择比、各向异性比；半导体工艺复习整理532、刻蚀方法：干法刻蚀、湿法刻蚀（1）干法刻蚀的优点：①刻蚀剖面是各向异性，具有非常好的侧壁剖面控制；②最小的光刻胶脱落或粘附问题；③好的片内，片间，批次间的刻蚀均匀性；④较低的化学制品使用和处理费用；缺点：①对下层材料的差的刻蚀选择比；②等离子体带来的器件损伤和昂贵的设备。（2）湿法刻蚀的优点：选择比高，适应性强，表面均匀性好，对硅片损伤少；缺点：图形刻蚀保真不理想，刻蚀图形的最小线难以掌控。33、影响湿法刻蚀的主要因素：温度和刻蚀溶液溶度。34、为什么干法刻蚀通常具有各向异性的特点？答：因为物理方式是用正离子高速轰击样品表面，垂直方向的速度很大，水平方向速度几乎可以忽略不计了，所以只有有垂直方向的刻蚀。35、在亚微米工艺中，刻蚀应该用干法还是湿法？答：干法。36、利用氨基等离子刻蚀金属Al在刻蚀完成之后需要做哪些处理，为什么？答：原因：侧壁上残留的Cl与水汽反应生成HCl刻蚀Al，造成过刻；处理：通入CF4等离子体,用F代替Cl；通入氧气,去掉光刻胶；立刻浸入去离子水水中；37、杂质掺杂的主要目的是：①改变半导体的电特性；②特殊工艺需要；38、杂质掺杂的主要方式：扩散和离子注入；39、影响扩散和离子注入的因素①扩散：浓度梯度、温度；②离子注入：离子、电场；40、扩散中两种杂质分布的比较：（1）余误差函数分布：表面浓度恒定；杂质总量增加；结深增加；（2）高斯函数分布：杂质总量恒定；表面浓度下降；结深增加。41、离子注入的特点：①注入能量介于1keV到1MeV之间；②离子深度平均可达10nm到10um；③离子剂量（dose）从1012cm-2到1018cm-2。42、离子注入相对于杂质扩散的优点：可重复性、更准确地控制杂质掺杂和较低的工艺温度。43、如何减少由离子注入工艺所引起的沟道效应？①表面用非晶掩膜层；②偏离主晶轴7-10°；③用离子（Si，Ge，F，Ar）注入使表面预非晶化，形成非晶层。44、离子注入工艺完成后需要一步退火工艺的原因？答：①去除由注入造成的损伤，让硅晶格恢复其原有完美晶体结构；②让杂质进入电活性位置——替位位置；③恢复电子和空穴迁移率。45、LOCOS工艺隔离是指什么？为什么会影响器件的沟道长度？那么器件间的隔离还可以采取什么工艺？请简要描述。①LOCOS隔离是指以氮化硅为掩膜实现了硅的区域选择氧化。②由于被保护区与未被保护区边界上氧化效果不同，进而会形成鸟嘴结构，该结构则会影响沟道长度（沟道变宽）；半导体工艺复习整理6③还可采取改进的LOCOS—PBL，在LPCVD𝑆𝑖3𝑁4前，先淀积一层多晶硅，让多晶硅消耗场氧化时横向扩散的𝑂2.鸟嘴可减小至0.1-0.2μm。（即沟道变宽效应削弱）；或者采取浅阱隔离工艺，首先刻蚀出浅阱，并在侧壁及底部淀积一层薄膜，然后再生长𝑆𝑖𝑂2；采用CMP机械抛光全局平坦化，再定义栅电极，最后形成沟道。46、铜导线的图形用什么工艺形成？答：通过SOD工艺：旋涂及光刻，刻蚀形成图案，进而PVD沉积Cu籽晶层，铜电镀沉积形成铜导线图案。47、可以实现局部平坦化和全局平坦化的工艺分别是什么？答：局部平坦化采用PSG，BPSG高温回流；全局平坦化采用CMP机械抛光。第二部分：计算题1、一P型100晶向的硅晶圆，其电阻率为100Ωcm，置于湿法氧化的系统中生长0.45um氧化层，生长温度为1050℃。试计算氧化的时间。解：通过读表可知，B=0.5𝜇𝑚2/h，𝐵𝐴=2μm/h由𝑥2+Ax=B（t+τ），τ=0，x=0.45μm；得：t=𝑥2𝐵+𝐴𝐵𝑥=0.4520.5+12×0.45=0.63（h）2、运用方程（11），计算在920℃、25个大气压条件下，需要多长时间