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。

21、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+H2O2 120o C, 腐蚀金属(Al)；湿法: 有机物(MS2001), 刻蚀金属很微弱；干法: O2 Plasma, 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( O2 Plasma)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；32、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1012 cm-2到1018 cm-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）；③还可采取改进的LOCOS—PBL，在LPCVD Si3N4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。