半导体工艺复习精华

一．名词解释：
①．CZ 直拉法：是用包括熔炉，拉晶机械装置（籽晶夹具，旋转机械装置），环境控制装置的拉
晶机进行结晶。

多晶硅放入坩埚中，熔炉加热到超过硅的熔点，将一个适当晶向的籽晶放置在籽晶夹具中，悬于坩埚之上，将籽晶夹具插入熔融液中，虽然籽晶将会部分融化，但其未融化的籽晶顶部将会接触熔融液的表面、将籽晶慢慢拉起，熔融液在固体液体的表面逐渐冷却，从而产生很大的晶体即从熔融硅中生长单晶硅的基本技术称为直拉法。

②．硅的区熔（float-zone ）法：在单晶生长过程中持续不断的向熔融液中添加高纯度的多晶硅，
使得熔融液初始的掺杂浓度维持不变的基本技术称为硅的区熔（float-zone ）法。

③．分凝系数：硅中的杂质平衡密度与二氧化硅中的杂质平衡密度的比值定义为分凝系数K 。

④．有效分凝系数：固体界面附近的平衡掺杂浓度Cs 与远离界面处熔融液中掺杂浓度的比值
S
e l C k C。

⑤．Bridgman 法：用于晶体生长用的材料装在圆柱型的坩埚中,缓慢地下降,并通过一个具有一定
温度梯度的加热炉,炉温控制在略高于材料的熔点附近。

根据材料的性质加热器件可 以选用电阻炉或高频炉。

在通过加热区域时,坩埚中的材料被熔融,当坩埚持续下降时,坩埚底部的温度先下降到熔点以下,并开始结晶,晶体随坩埚下降而持续长大。

⑥．光学光刻：光刻就是将掩膜上的几何图形转移到涂在半导体晶片表面的敏光薄层材料上的工艺
过程。

⑦．替位式扩散：在高温下晶格原子在格点平衡位置附近震动，基质原子有一定的几率获得足够
的能量脱离晶格格点而成为间隙原子因而产生一个空位，这样邻近的杂质原子就可以移到该空位这种扩散机制称为替代式扩散（空位扩散）。

⑧．填隙式扩散：如果间隙杂质原子从一个位置运动到另一个位置而并不占据格点这种机制称为填
隙式扩散。

⑨．本征扩散：在杂质原子往半导体中进行热扩散时，如果杂质原子的浓度小于热扩散温度下半导
体中的本征载流子浓度，则杂质原子的扩散系数为常数，这种扩散就称为本征扩散。

⑩．非本征扩散：扩散受外界因素，如杂质离子的电价和浓度等控制的而非本征因素，即结构中
本征热缺陷提供的空位浓度远小于杂质空位浓度的扩散，称为非本征扩散。

⑾．磷硅玻璃流：低温下积淀的磷硅玻璃在加热时会变软而流动，从而形成光滑平面所以经常采
用这种2SiO 作为相邻金属间的绝缘体，这种处理工艺称为磷硅玻璃流。

⑿．品质控制图：最常用的品质控制图是缺陷图和缺陷密度图，当产品不符合设计规格时就导致
缺陷或欠缺，能够反映缺陷数量或缺陷密度的控制图就是品质控制图。

⒀．成品率：达到额定技术要求的器件或电路的百分比。

二、简单题：
1、半导体制造的基本工艺步骤有哪些？
氧化、光刻、刻蚀、扩散和离子注入和金属镀膜。

2、区熔法与CZ 法（直拉法）生长单晶硅的主要区别是什么？
①区熔法可以生长比直拉法纯度更高的单晶硅②区熔法可以生长比直拉法更高阻值的单晶锭
③区熔法不需要干锅，所以无污染④区熔法生产的单晶锭主要用于制造高功率，高电压器件
3、简述晶片成形的过程。

①切除晶锭包含籽晶的头部和最后凝固的尾端②磨光表面以确定晶片的直径③沿晶锭轴向磨出一个或数个平面④晶锭被金刚石刀片切成晶片⑤晶片的两面用氧化铝和甘油混合液来研磨⑥抛光。

4、实际晶体与理想晶体相比有哪些缺陷？
四种类型：点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。

5、为什么晶片中心的杂质浓度会比晶片周围的高？
当晶片进行高温处理时，氧会从晶片表面挥发，使得表面附近氧含量较低，从而形成了结构均匀无缺陷区，额外的热循环促进单晶内部氧原子的淀积，从而在邻近萃取了杂质，所以晶片中心的杂质浓度会比晶片周围高
6、为什么砷化镓液体总会变成富镓的混合物？
在温度远未到达熔点之前液态砷化镓的表面就可能分解出砷和镓，由于砷和镓的蒸汽压相差很大，砷先蒸发，因此液态的砷化镓是富镓的混合物。

7、试述热生长薄氧化层的干氧氧化法与湿氧氧化法的区别。

干氧氧化生成的氧化层电性能最好，但在一定的温度下生长同样厚度的氧化层所需要的时间比湿氧氧化要长的多对于相对较薄的氧化层采用干氧氧化，对于相对较厚的氧化层则采用湿氧氧化。

8、简述图像转移工艺的详细步骤
a．旋转涂布b．前烘c．曝光d．显影e．后烘f．放在腐蚀液中腐蚀g．去除光刻胶
9、在光学光刻工艺中，图形的分辨率增强技术有哪些？
①通过缩短曝光装置的波长，开发新的光刻胶可以应对这些挑战
②相移掩膜③光学邻近效应校正。

10、解释为什么光学曝光的操作模式从接近式曝光转变到1:1投影式曝光，最后到5:1曝光分步重复投影曝光？
制造1：1系统中所用的无缺陷掩膜要比5:1的缩小系统的掩膜困难的多，，缩小投影曝光可以在不重新设计透镜的情况下曝光更大的晶片，只要透镜的镜像区尺寸能够包含一个或多个集成电路芯片，当芯片的尺寸大于透镜的镜像区时，掩膜上的图形就要被划分的更小，所以采用5:1重复投影曝光
11、简述干法刻蚀的刻蚀机理
干法刻蚀也就是等离子体辅助刻蚀，是利用低压放电等离子体技术的刻蚀方法。

刻蚀机理为：刻蚀反映剂在等离子体中反映；反映剂以扩散的方式通过不流动的气体边界层达到表面；反映剂吸附在表面；随后反映生成可挥发性化合物；最后，这些化合物从表面解析出来，通过扩散回到等离子体气体中，然后由真空装置抽出。

12、简述扩散工艺结果的评价方法。

三种方法：结深、薄层电阻和扩散层的杂质分布。

13、CVD （化学气相淀积）的机理是什么？
①反应物被输送到衬底区；②反应物再被传送到衬底表面，从而被衬底吸收；③化学反应发生，在衬底表面催化，接着外延层生长；④气态的生成物被分解进入到主汽流中；⑤反应生成物被运输到反应器外。

14、解释为什么在形成多晶硅膜的淀积时，常在600-650℃较低的温度下？
防止衬底和正在生长的外延层发生热分解。

15、什么是p+多晶硅PMOS 的硼穿通问题？如何避免这个问题？
在高温下，硼很容易从多晶硅穿过氧化层侵入硅衬底，导致
T
V 漂移。

可以采用以下方法避免：采用快速退火以减少高温时间，从而减弱硼的扩散；采用氮化的氧化层抑制硼的侵入，因为硼很容易与氮结合而变得移动困难；利用多层多晶硅的层间界面捕获硼原子。

16、为什么在GaAs 上不易制作双极型晶体管和MOSFET ？
①极短的少子寿命；②缺乏高质量绝缘膜；③晶体缺陷多
17、用于互连层的基本测试结构有哪些？
曲径型结构、双梳形结构和梳形-曲径-梳形结构。

三、计算题
1、使用区熔法对一掺入镓且浓度为5×1016cm-3的单晶锭进行提纯处理，假设熔融带的长度为2cm ，则当第一次熔融带通过晶锭、在距离为开始处多远的地方晶锭的掺杂浓度会低于5×1015cm-3？
由公式:
可得到：
2、有一硅样品在温度1200℃下进行干氧氧化一个小时 （1）产生的氧化层厚度是多少？
（2）在温度1200℃下再进行湿氧氧化生成0.2µm 的氧化层需要增加多长时间？
1200℃下干氧氧化的速率数值：A=0.04m µ，B=0.0452
m /µh ，τ=0.027h 带入2
()x Ax B t τ+=+得到厚度x =0.196m µ
1200℃下湿氧氧化的速率常数为：A=0.05m µ，B=0.722
m /µh 带入：2
00102//2d Dd k C DC ττ=(+)得时间τ=0.067h
最后理想厚度0(0.1)x d =+=0.296m µ 带入2
()x Ax B t τ+=+得：t=0.075h=4.5min
3、950℃时，在中性气氛中进行30分钟的硼预淀积，试计算结深和掺入杂质总量。

假设衬底是N D =1.8×1016cm -3的n 型杂质硅，且硼的表面浓度是C S =1.8×1020cm -3。

3.46a E ev =，200.76/D cm s =，由公式得：
4、对掺有1015原子/cm 3硼杂质的厚硅片进行砷扩散，温度为900℃，时间为3小时，如果表面浓度保持在4×1018原子/cm 3，试计算砷的最终扩散分布和结深。

假设D 0=45.8cm 2/s ，Ea=4.05eV xj=1.6Dt 。

5、求2.5×2.5㎜2的芯片上能制造的电阻最大值是多少？设薄层电阻为1KΩ/□，电阻条线为2µm，电阻条与电阻条的中心间距为4µm。

6、下面是23因素试验通常用来分析一个光刻工艺，用Yates算法来分析实验结果。

让P=光刻胶， T=显影时间，F=烘干时间：
P T F Y (1) (2) (3) 除数效果ID
－－－60 137 264 534 8 66.75 Avg
+ －－77 127 270 92 4 23 P
－+ －59 140 26 -20 4 －5T
＋＋－68 130 66 6 4 1.5 PT
－－＋57 17 -10 6 4 1.5 F
＋－＋83 9 -10 40 4 10 PF －＋＋45 26 -8 0 4 0 TF ＋＋＋85 40 14 22 4 5.5 PTF。