苏州大学半导体工艺复习期末复习

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。

8、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

14、净化的必要性

器件：少子寿命下降，V T改变，I on下降，I off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；

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。