半导体制造工艺期末考试重点复习资料

1、三种重要的微波器件：转移型电子晶体管、碰撞电离雪崩渡越时间二极管、
MESFET。

2、晶锭获得均匀的掺杂分布:较高拉晶速率和较低旋转速率、不断向熔融液中加
高纯度多晶硅,维持熔融液初始掺杂浓度不变。

3、砷化镓单晶:p型半导体掺杂材料镉和锌，n型是硒、硅和锑
硅:p型掺杂材料是硼,n型是磷。

4、切割决定晶片参数：晶面结晶方向、晶片厚度(晶片直径决定)、晶面倾斜度
（从晶片一端到另一端厚度差异）、晶片弯曲度(晶片中心到晶片边缘的弯曲程度)。

5、晶体缺陷：点缺陷（替位杂质、填隙杂质、空位、Frenkel，研究杂质扩散和
氧化工艺)、线缺陷或位错（刃型位错和螺位错，金属易在线缺陷处析出）、面缺陷（孪晶、晶粒间界和堆垛层错，晶格大面积不连续,出现在晶体生长时)、体缺陷(杂质和掺杂原子淀积形成，由于晶体固有杂质溶解度造成）。

6、最大面为主磨面，与〈110>晶向垂直，其次为次磨面，指示晶向和导电类型.
7、半导体氧化方法:热氧化法、电化学阳极氧化法、等离子化学汽相淀积法。

8、晶体区别于非晶体结构:晶体结构是周期性结构，在许多分子间延展，非晶体
结构完全不是周期性结构。

9、平衡浓度与在氧化物表面附近的氧化剂分压值成正比。

在1000℃和1个大气
压下,干氧的浓度C0是5。

2x10^16分子数/cm^3，湿氧的C0是3x10^19分子数/cm^3。

10、当表面反应时限制生长速率的主要因素时,氧化层厚度随时间呈线性变
化X=B(t+）/A线性区（干氧氧化与湿氧氧化激活能为2eV，）;氧化层变厚时，氧化剂必须通过氧化层扩散，在二氧化硅界面与硅发生反应，并受扩散过程影响,氧化层厚度与氧化时间的平方根成正比，生长速率为抛物线X^2=B(t+）抛物线区（干氧氧化激活能是1.24Ev，湿氧氧化是0.71eV）.
11、线性速率常数与晶体取向有关，因为速率常数与氧原子进入硅中的结合
速率和硅原子表面化学键有关;抛物线速率常数与晶体取向无关，因为它量度的是氧化剂穿过一层无序的非晶二氧化硅的过程。

12、较薄的氧化层MOSFET栅氧化层用干氧氧化，较厚的用湿氧氧化，如
MOS集成电路中的场氧化层和双极型器件，以获得适当隔离和保护,20nm为界限。

13、给定氧化条件下，在<111>晶面衬底上生成的氧化层厚度大于<100>晶面
衬底，因为<111〉方向线性速率常数更大。

值得注意的是温度和时间相同时，湿氧氧化厚度是干氧的5~10倍。

14、氧化掩膜厚度一般用实验测量方法获得，主要取决于特定温度和时间下，
不能使低掺杂硅衬底发生反型,典型厚度为0。

5um~1.0um。

15、二氧化硅中各掺杂杂质扩散常数依赖氧的密度、性能和结构。

16、MOS器件受氧化层中的电荷和位于二氧化硅—硅界面处势阱影响。

17、势阱和电荷的基本类别：界面势阱电荷Qit（由于二氧化硅-硅界面特性
产生，取决于这个界面的化学组分，势阱位于二氧化硅—硅界面处，能态在硅禁带中，界面势阱密度有取向性,用低温450℃氢退火进行钝化处理）；固定电荷Qf（很稳定，难充电或放电，一般是阳性）；氧势阱电荷Qot（与二氧化硅缺陷有关，可以通过低温退火处理消除）；可移动离子电荷Qm（由于钠或其它碱性离子玷污导致,高温和高电场时可在氧化层中移动，改变阀值电压)。

18、测量氧化层厚度：表面光度法、椭圆偏光法和颜色对比法（主观化，不
精确）。

19、光刻：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。

20、级别为M3.5的洁净室（公制），每立方米直径≥0.5um的尘埃粒子数不
超过10^3.5，，大约为3500粒子数/m^3。

21、曝光设备性能参数：分辨率、对准精度和生产效率.
分辨率指能精确转移到半导体表面光刻胶上的最小特征尺寸值；
对准精度指各个掩膜与先前刻在硅片上的图形相互套准的程度；
生产效率指某次光刻中掩膜在1小时内能曝光的硅片数.
22、光学曝光法：遮蔽式曝光和投影式曝光；
遮蔽式曝光掩膜和硅片彼此直接接触为接触式曝光（由尘埃粒子引起的缺点：掩膜与硅片接触时，硅片上的尘埃粒子或硅渣会嵌入掩膜,使掩膜永久性损伤,使随后使用它曝光的每个硅片有缺陷)，彼此非常靠近为接近式曝光（将掩膜受损程度减至最小）.
23、一个完整的集成电路工艺流程需要15~20层不同的掩膜.
24、标准尺寸的掩膜衬底是由15x15cm^2，厚度为0。

6cm的玻璃平板制成。

25、掩膜的主要指标是密度缺陷，掩膜制造过程或以后的图形曝光过程可能
会给掩膜带来缺陷。

26、光刻胶是一种对辐照敏感的化合物，可分为正性和负性，正胶的曝光部
分在显影时更易于溶解而去掉，所得图形与掩膜上相同，负胶曝光部分在显影时不易被溶解，所得图形与掩膜上相反。

正胶组成：感光剂、树脂基片和有机溶剂，曝光前，感光剂不易溶于显影液，曝光后，曝光区内的感光剂由于吸收了能量导致化学结构发生变化，在显影液中可被溶解，显影后，曝光区内的光刻胶被去掉.
负胶是一种含感光剂的聚合物。

曝光后，感光剂吸收光能转变为化学能引起链接反应，是聚合物分子间发生交联，不易溶于显影液，经显影，未曝光部分被溶解，负胶缺点是显影时光刻胶吸收显影液溶剂膨胀，限制了负胶分辨率.
27、分辨率增强技术：相移掩膜和光学邻近效应校正.
28、电子束曝光优点：能生成亚微米线宽的光刻胶图形，自动化程度高，控
制精确，比化学曝光法的聚焦好，而且能直接在半导体晶片上形成图形而不需掩膜;缺点电子束曝光机的产出率低，在分变率小于0.25μm时，每小时只能加工10片左右的晶片，只适于生产掩膜或制造少量定制电路或者验证设计之用。

29、聚焦电子束扫描方式:光栅扫描和矢量扫描（节省时间)。

30、光学曝光中，分辨率受光衍射限制，电子束曝光中则受电子散射限制。

31、电子束在某处的辐照影响邻近区域的辐照现象为邻近效应。

32、离子束曝光由于离子质量较大,散射只用比电子若，故其比光学、X射线
或电子束曝光技术有更高的分辨率。

离子束曝光系统：扫描焦聚束系统和掩膜束系统。

33、曝光法：电子束曝光、超紫外光曝光、X射线曝光、离子束曝光和光学
曝光。

34、湿法化学刻蚀机理：反应物通过扩散运输到反应表面、化学反应发生在
此表面、通过扩散将反应生成物从表面移除.
35、最常用的刻蚀剂是硝酸和氢氟酸在水或醋酸中的混合液。

36、对硅晶格,<111〉晶面比<110>晶面和〈100〉晶面的每隔单元上有更多的
化学键，故〈111>晶面上的刻蚀速率应该较小.
37、二氧化硅的湿法刻蚀通常使用添加或不添加氟化铵的HF稀释溶液.
38、室温下浓HF溶液、HF稀释溶液或煮沸的磷酸溶液可对硅的氮化物薄膜
进行刻蚀.
39、典型刻蚀液是73％的磷酸、4%的硝酸、3。

5％的醋酸和19.5％的去离子
水混合溶液，温度在30℃到80℃间。

40、湿法刻蚀进行图形转移的缺点是掩膜层下有横向钻蚀，导致刻蚀后图形
分辨率下降。

41、干法刻蚀就是等离子体辅助刻蚀,利用低压放电等离子体技术刻蚀方法,
包括等离子体刻蚀、反应离子刻蚀、溅射刻蚀、磁增强反应离子刻蚀，反应离子束刻蚀和高密度等离子体刻蚀。

42、等离子体刻蚀工艺步骤:刻蚀反应剂在等离子体中产生；反应剂以扩散方
式通过不流动的气体边界层到达表面;反应剂吸附在表面；发生化学反应和离子轰击等物理效应生成可挥发性化合物；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。

43、等离子体刻蚀技术基于低压时在气体中产生的等离子体.基本方法是物
理方法和化学方法；
44、大部分等离子体工艺释放红外线到紫外线范围内的射线。

45、硅沟槽刻蚀：随着器件特征尺寸的减小，由于需要在电路器件与DRAM
存储单元的贮存电容之间进行隔离，硅片表面面积也相应减少了。

这些表面隔离区可以通过对硅衬底刻蚀出沟槽，并用适当的电介质或导电材料填充来减少,深沟槽(<5μm）主要形成存储电容,浅沟槽（〈1μm）用来隔离。

46、氯基和溴基的化学剂对硅有较高的硅刻蚀速率，且对二氧化硅掩膜具有
较高的刻蚀选择性。

HBr+NF3+SF6+O2的混合气体来形成大约7μm深的沟槽电容,这种气体可以用于浅沟槽隔离的刻蚀。

47、在铝刻蚀过程中加入含碳的气体CHF3或N2以形成侧壁钝化,获得各向
异性刻蚀效果。

48、掺杂是将一定数量的杂质掺入半导体材料的工艺,作用是改变半导体材
料的电学特性。

扩散和离子注入是主要掺杂方法.
49、对于硅扩散，硼常用作p型杂质，砷和磷为n型杂质。

50、高温下，晶格原子在格点平衡位置附近振动，基质原子可能获得足够能
量脱离晶格格点成为间隙原子，而产生一个空位，邻近杂质原子可以移到该空位,这种扩散机制为替代式扩散；间隙杂质原子从一个位置运动到另一个位置却不占据格点,称为填隙式扩散。

51、费克扩散方程或法则：
52、扩散工艺的结果用三种测量方式进行评估：结深、薄层电阻和扩散层的
杂质分布。

53、扩散分布也可以用电容—电压法测量.
54、测量总杂质分布更精确的方法是二次离子质谱法（SIMS）。

55、低温时扩散率为本征扩散率。

56、非本征扩散区域内，扩散率与杂质浓度有关,而且扩散和相继的扩散之间
存在相互作用和协同效应.
57、离子注入将具有一定能量的带电粒子掺入到衬底中，注入能量在1keV
到1MeV间，所对应离子分布的平均深度范围是10nm到10μm。

58、离子从进入晶片到停止在晶体中所经过的总距离称为射程R，从此距离
在入射轴上的投影称投影射程Rp,投影射程的统计涨落为投影偏差σp。

59、降低沟道效应方法:覆盖一层非晶体的表面层；将硅晶片晶向偏转;在晶片
表面制作一个损伤层。

60、外延层生长技术有化学气相淀积和分子束外延.
61、分子束外延式指在具有极高真空度的环境中，一束或多束热原子流或者
分子流与晶体表面发生反应而生成外延层的工艺。

62、真空技术参数—分子碰撞率Φ，即单位时间衬底的单位面积上多少分子
与其碰撞，是分子质量、温度和压强的函数Φ=p(2πmkT)^(1/2).
63、异质外延式指外延层与衬底是两种不同的半导体，且外延层必须保持理
想化的界面，意味过界面的原子键必须连续.
64、三种外延层的生长：晶格匹配外延、应力外延和无应力外延。

65、外延层中的缺陷:来自衬底的缺陷(采用没有位错的半导体衬底避免);来
自界面的缺陷（衬底表面必须彻底清洗或采用方程SiCl4+2H2 -Si+4HCl 的逆反应进行现场反蚀);沉积物或位错环；低角晶粒间界；刃型位错。

66、磷玻璃流：低温淀积的磷玻璃（掺P的SiO2）在加热时会变软而流动，
形成光滑表面，所以经常采用这种SiO2作为相邻金属层间的绝缘体.适合采用磷的浓度为6％~8%。

67、减小ULSI电路中RC常数,需要互连材料具有低电阻率和掩膜层低电容。

68、保证正确操作,DRAM中存储电容必须保持为定值。

但对于平面结构，随
着DRAM密度增加面积减小，故膜的介电常数必须增加。

69、多晶硅作为MOS器件的栅电极原因多晶硅电极可靠性方面性能优于铝。

70、金属常用物理气相淀积方法蒸发、电子束蒸发、等离子溅射淀积和溅射。

71、降低互连网络的PC时间延迟，同时需要高电导率的导线和低介电常数
的绝缘体。

铜的优势是具有更高的电导率和电迁移抵御能力.
72、CMP方法的主要部分；待抛的表面;垫板，是使机械行为传到被抛表面
的关键媒介；抛光液,提供了化学和机械两种效果.
73、电阻划分:方块电阻，由注入工艺决定；L/W的比率，由图形尺寸决定。

每个末端接触空面积近似为单位面积的0.65倍.
74、集成电路电容：MOS电容和p—n结电容。

75、所有的CMOS电路都潜在存在着棘手的闩锁问题,闩锁与寄生的双极型
晶体管有关。

消除闩锁问题的有效技术室采用深槽隔离。

76、硅的高温和长时间氧化使得沟道阻挡层注入的离子侵入了有源区，使阀
值电压VT漂移。

77、BiCMOS技术是将CMOS和双极型器件结构结合在单一IC芯片中。

原
因在于创造一种新的IC芯片，同时具有CMOS和双极型器件的优点。

COMS 在功耗、噪声容限和封装密度有优势，双极型在开关速度、电流驱动能力和模拟信号处理能力方面有优势。

78、砷化镓缺乏高质量的绝缘膜。

79、砷化镓固定优势：电子迁移率高,对于给定的器件尺寸,其串联电阻较低；
在给定电场下，漂移速度快，提高了器件的速度；能够制作半绝缘材料，可以提供晶格匹配的介质绝缘衬底。

缺点：极短的少子寿命;缺乏稳定的自然保护氧化层;晶体缺陷多.砷化镓IC技术重点是MESFET（多数载流子的运输和金属-半导体接触）。

80、MESFET制造工艺序列：FET沟道注入->T栅的形成->自对准n+注入，
其后退火->欧姆接触-〉第一层互连—〉穿通接触—〉第二层互连。

81、体硅微机械传感器的典型尺寸是毫米量级，而表面显微机械器件则是微
米量级。

82、LIGA工艺步骤是光刻、电镀和成型.其优点是制作三维结构的能力，其
厚度与体显微机械器件相同,而且保留了表面显微机械加工的设计灵活性。

83、制造时将原材料转化成为成品的过程。

84、成本是可以用于评估任何制造工艺步骤的一个重要衡量标准，成品率直
接影响成本。

成品率是执行同一套技术规范所制造的合格产品的比率.
85、ATE主要功能包括输入图形的产生、图形应用和输出响应检测。

86、封装CSPs的重要特征:一是引出线和插入层使得封装后的设备足够柔
韧，能够顺利通过在测试夹具上的全测试和老练；更好的适应在印刷电路板上的装配和工作过程中的竖向非平面性,以及热膨胀和收缩。

87、封装的互连线常采用引线键合、倒装芯片键合和载带自动键合。

88、控制图包括中心线、控制上限和控制下限。

89、两种最常用的品质控制图是缺陷图和缺陷密度图。

90、因素实验设计重要问题：实验中选择一组变化的因素；确定各因素可能
发生的变化范围。

91、成品率定义为达到额定技术要求器件或电路的百分比.
92、成品率可以分为功能和参数两类。

功能成品率定义为具备完全功能产品
所占比例,也常称为硬成平率。

集成电路的功能成品率一般由物理缺陷引起的开路或短路来表征.然而在某些情况下,具备完全功能的产品在一个或几个参数上仍然可能达不到技术要求，这种情况则应采用参数成品率来描述。

93、成品率模型通常是单位面积平均缺陷数和电子系统临界面积的函数。

94、计算参数成平率的一般方法是蒙特卡罗模拟。

95、CMOS逻辑技术未来的挑战：超浅结形成；超薄氧化层；硅化物的形成;
互连新材料；电源限制；SOI技术。