微电子工艺复习整理

第一章微电子工艺基础绪论

1、描述分立器件和集成电路的区别

①分立器件：是由二极管、三极管等独立的元器件组成的，一般只能完成单一功能，

体积庞大。

②集成电路：把由若干个晶体管、电阻、电容等器件组成的、实现某种特定功能的电子线路，

集中制造在一块小小的半导体芯片上，大体上可以分为三类，半导体集成电路，混合集成电路及薄膜集成电路。半导体集成电路又可以分为双极型集成电路和金属－氧化物－半导体集成电路。优点：

A:降低互连的寄生效应；

B:可充分利用半导体晶片的空间和面积；

C:大幅度降低制造成本。

2、列举出几种pn结的形成方法并说出平面工艺的特点

①合金结方法A 接触加热：将一个p型小球放在一个n型半导体上，加热到小球熔融

B 冷却：p型小球以合金的形式掺入半导体底片，冷却后，小球下面形成一个

再分布结晶区，这样就得到了一个pn结。

缺点：不能准确控制pn结的位置。

②生长结方法

半导体单晶是由掺有某种杂质（例如P型）的半导体熔液中生长出来的。

缺点：不适宜大批量生产。

③扩散结优点：扩散结结深能够精确控制。

④二氧化硅薄膜的优点

A：作为掩蔽膜，有效的掩蔽大多数杂质的扩散B：提高半导体几何图形的控制精度

C：钝化半导体器件表面，提高了器件的稳定性。

⑤平面工艺：利用二氧化硅掩蔽膜，通过光刻出窗口控制几何图形进行选择性扩散形成pn结

3、制造半导体器件的四个阶段

①.材料准备②晶体生长与晶圆准备③.芯片制造④.封装

4、解释集成度的概念并根据集成度将集成电路分类

5、微电子工艺的特点

①高技术含量：设备先进、技术先进

②高精度：光刻图形的最小线条尺寸在亚微米量级，制备的介质薄膜厚度也在纳米量级，而

精度更在上述尺度之上。

③超纯：指工艺材料方面，如衬底材料Si、Ge单晶纯度达11个9。

④超净：环境、操作者、工艺三个方面的超净，VLSI在100级超净室、10级超净台中制作

⑤大批量、低成本：图形转移技术使之得以实现

⑥高温：多数关键工艺是在高温下实现，如：热氧化、扩散、退火

6、说明工艺及产品趋势

①特征图形尺寸的减小(通常用微米表示)特征尺寸和集成度是集成电路发展的两个共同标志。

②芯片和晶圆尺寸的增大

③缺陷密度的减小100um―1um不是问题1um―1um 致命缺陷

④内部连线水平的提高高元件密度减小了连线的空间。

解决方案：在元件形成的表面上使用多层绝缘层和导电层相互叠加的多层连线。

⑤芯片成本的降低⑥纳电子技术

第二章半导体材料和晶圆制备

（1）列出三类晶体缺陷并说明其形成的原因

①点缺陷：晶体杂志原子挤压晶体结构引起的压力所致

②位错：晶体生长条件、晶体内的晶格应力、制造过程中的物理损坏

③原生缺陷：滑移（晶体平面产生的晶体滑移）和挛晶（同一界面生长出两种不同方向的晶体），

二者是晶体报废的主要原因。

（2）说出掺杂半导体的两种特性

①通过掺杂浓度精确控制电阻率

②通过掺杂元素的选择控制导电类型（电子N型或空穴P型导电）

掺杂半导体和金属导电的区别：金属：①电阻率固定，改变电阻只有改变其形状。

②只能通过电子的移动来导电，金属永远是N型的。

（3）列出三种主要的半导体材料、比较其优缺点

①锗缺点A：熔点低（937℃）B：缺少自然形成的氧化物

②硅优点A：熔点高（1415℃）B：二氧化硅膜很好的解决了漏电问题

③硅作为电子材料的优势：

A:原料充分，石英沙是硅在自然界存在的主要形式；B:机械强度高；

C:比重小，密度只有2.33g/cm3；D:pn结表面易于生长ＳiＯ2，对结起到保护作用；

E:制备的单晶缺陷小；F:能够制造大尺寸基片，硅片直径已达16英寸；G:导热性好

④砷化镓A：载流子迁移率高，适合于做超过吉赫兹的高速IC。例如：飞机控制和超高速计算

机。B：对辐射所造成的漏电具有抵抗性，即GaAs是天然辐射硬化的。

C：GaAs是半绝缘的。使临近器件的漏电最小化，允许更高的封装密度。

⑤砷化镓不会取代硅的原因：A: 大多数产品不必太快B:没有保护膜C:砷对人体有害

（4）解释N型和P型半导体材料在组成＆电性能方面的不同

（5）画出两种重要的晶圆晶向示意图，说明如何根据Wafer的主副切面确定其导电类型和晶向并指出这种Wafer适合于何种器件或电路的制作

（6）常见晶体生长的方法有哪些，说明直拉法的工作过程，对比直拉法和区熔法的优缺点

①直拉法—Czochralski法（CZ法）

准备腐蚀清洗多晶→籽晶准备→装炉→真空操作

开炉升温→水冷→通气

生长引晶（将籽晶与熔体很好的接触）→缩晶（在籽晶与生长的单晶棒之间缩颈，晶体最细部分直径只有2-3mm，获得完好单晶）→放肩（将晶体直径放大至需要的尺寸）→等径生长（拉杆与坩埚反向匀速转动拉制出等径单晶。直径大小由拉升速度、转速，以及温度控制。）→收尾（结束单晶生长）

停炉降温→停气→停止抽真空→开炉

优点：可以生长大晶体;成本低缺点：坩埚中的氧进入晶体，有些器件高水平氧不能接受

②液体掩盖直拉法（LEC法）用来生长砷化镓晶体。③掺杂

④区熔法优点：无坩埚晶体生长方法，纯度更高缺点：制备大晶体困难

（7）画出晶圆制备的完整工艺流程图（对应芯片制造前两个阶段）

材料准备A：矿石到高纯气体的转变（石英砂冶炼制粗硅） B：气体到多晶的转变

晶体生长和晶圆制备

C：多晶到单晶，掺杂晶棒的转变（拉单晶、晶体生长）D：晶棒到晶圆的制备

有坩埚的：直拉法、磁控直拉法液体掩盖直拉法；无坩埚的：悬浮区熔法。

（8）会求解直拉法生长单晶的掺杂浓度

平衡分凝系数:k0 有效分凝系:ke

平衡分凝系数: k0 =Cs/C l Cs和C l固体和液体界面附近的平衡掺杂浓度

绝大多数平衡分凝系数都小于1。说明随着晶体的生长，熔融液中的掺杂浓度会越来越高

补充：硅片制备工艺流程（从晶棒到空白硅片）：晶体准备（直径滚磨、晶体定向、导电类型检查和电阻率检查）→切片→研磨→化学机械抛光（CMP）→背处理→双面抛光→边缘倒角→抛光→检验→氧化或外延工艺→打包封装

第三章污染控制、芯片制造基本工艺概述

（1）指明进行VLSI和ULSI生产所需的洁净室等级

（2）去离子水的规格，如何得到工艺用水

①反渗透（RO）和离子交换系统去除离子（盐分、矿物）

②固态杂质（颗粒）通过沙石过滤器、泥土过滤器与次微米级薄膜从水中去除。

③细菌和真菌可由消毒器去除。这种消毒器使用紫外线杀菌，并通过水流中的过滤器滤除。

④有机污染物（植物与排泄物）可通过碳类过滤器去除。

⑤溶解的氧气与二氧化碳可用碳酸去除剂和真空消除毒剂去除。