硅集成电路专业考试基础知识

1.常用的半导体材料为何选择硅

（1）硅的丰裕度。消耗更低的成本；

（2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限。硅1412℃>锗937℃

（3）更宽的工作温度。增加了半导体的应用围和可靠性；

（4）氧化硅的自然生成，高质量、稳定的电绝缘材料

si,金刚石110面（线）密度最大，111面（线）密度最小

2.缺陷：原生缺陷（生长过程）、有害杂质（加工过程）

（1）点缺陷：自间隙原子、空位、肖特基缺陷（原原子跑到表面）、弗伦克尔缺陷（原原子进入间隙）、外来原子（替位式、间隙式）

（2）线缺陷：位错（刃位错（位错线垂直滑移方向）、螺位错（位错线平行滑移方向）、扩展位错（T增大，位错迁移））

（3）面缺陷：层错（分界面上的缺陷，与原子密堆积结构次序错乱有关）

（4）体缺陷：杂质沉积析出

（5）有害杂质：

1）杂质条纹：电活性杂质的条纹状缺陷，造成晶体电阻率的微区不均匀性

2）有害杂质(三类)：非金属、金属和重金属

非金属：O,C

重金属：铁、铜（引入复合中心，减小载流子寿命；易在位错处沉积）

金属:Na,K（引入浅能级中心，参与导电；Al引入对N型材料掺杂起补偿作用）

3.对衬底材料要求：

通过单晶生长过程中的质量控制和后续处理来提高单晶的质量,使之趋于完美。减少单晶材料缺陷和有害杂质的后续处理方法通常采用吸除技术。吸除技术主要有物理吸除、溶解度增强吸除和化学吸除。

1）物理：本征，背面损伤，应力，扩散

2）溶解度增强：T增加，固溶度增加，杂质运动能力增加，难以沉积

3）化学：含氮气体与硅表金属杂质反应，产生挥发性产物

缺陷要求，参数均匀性要求，晶片平整度要求

4.

将籽晶与多晶棒紧粘在一起,利用分段熔融多晶棒,在熔区由籽晶移向多晶另一端的过程中,使多晶转变成单晶体。

1)水平区熔法（布里吉曼法）---GaAs单晶

2)悬浮区熔法(FZ)可制备硅、锗、砷化镓等多种半导体单晶材料

5.单晶整形：

单晶棒存在细径、放肩部分和尾部。从晶片等径和电阻率均匀性要求出发,必须去掉这些部分,保留等颈部分。将单晶棒分段分割，分割下的不合要求的单晶可作为冶金级硅回收。

硅单晶存在外表面毛刺、直径偏差等现象, 需对单晶棒外圆进行滚磨整形,使单晶棒直径达到要求外圆滚磨包括两个步骤:用液体研磨料研磨去除表面毛刺，再用砂轮研磨使直径符合规格要求。

6.晶体定向：晶体定向的方法主要有光图像法（基于硅晶体各向异性的特点）、X射线法（劳埃法和转动晶体法）和解理法。

7.晶面标识

主定位面：用来识别晶向和导电类型

8.晶片加工

（1）切片：是将已整形、定向、标识的单晶材料,按晶片晶向要求切割加工成符合一定规格要求的薄片。包括：切片、边缘倒角。

1）切片的方法:固定磨粒法、游离磨粒法、加热升华法。

切割设备：圆切割法、外圆切割法、带式往复切割法、导丝切割法、超声波切割法和电子束切割法

2）必须研磨去除晶片边缘棱角,这一过程称之为边缘倒角。

（2）由于切片后的晶片存在表面损伤层及形变,为了去除损伤层,并使晶片厚度、翘曲度等得到修正。常采用研磨方法进行进一步加工,这一过程称之为磨片。

1）行星磨片法,它有单面磨片和双面磨片两种方式。行星磨片法要求磨板材料具有较高硬度、很高的平行度和较高的光洁度。

2）研磨料有氧化铝、碳化硅、氧化锆和二氧化硅

形状：研磨料过于锋利，研磨表面光洁度差、损伤大，但过于圆滑则磨削速度慢;研磨料粒径应尽可能均匀，少量过大粒径颗粒的混入会造成表面损伤。

粒度：太小则研磨速度慢；粒度过大，造成磨痕过粗过深、研磨片光洁度低，机械损伤大，甚至会出现裂纹。

研磨压力：过大压强则又会造成磨料破碎,从而划伤晶片;压强太小,则研磨效率低。

9.抛光

（1）磨片后的晶片表面仍有10－20微米的损伤层，需要进一步去除，以提高表面光洁度和平整度，这一过程即为抛光。抛光前一般要进行化学腐蚀。

（2）抛光的方法主要有:机械抛光（机械抛光获得的平整度较高,但表面光洁度差，损伤层深）、

化学抛光（抛光速度快、光洁度高, 损伤层小,但平整度差、平行度较差，抛光一致性也较差）、化学机械抛光（获得较完美的表面，又可以得到较高的抛光速率）。

（3）质量监测

聚光灯照射：表面形貌主要涉及表面波纹状起伏、"桔皮"纹、雾状物、划痕

10.加工环境：集成电路加工环境是指集成电路在加工过程中所接触的除单晶材料、加工设备及加工技术之外的一切物质。

工艺的精细化、材料的超纯化、设备的精密化,加工环境的超净化

净化空气，洁净加工工具和传输系统，超纯试剂、气体，低温处理，减少来自加工人员的污染。

11.比较硅单晶锭CZ、MCZ和FZ三种生长方法的优缺点？

答：CZ法工艺成熟可拉制大直径硅锭，但受坩锅熔融带来的O等杂质浓度高，存在一定杂质分布，因此，相对于MCZ和FZ法，生长的硅锭质量不高。当前仍是生产大直径硅锭的主要方法。

MCZ法是在CZ技术基础上发展起来的，生长的单晶硅质量更好，能得到均匀、低氧的大直径硅锭。但MCZ设备较CZ设备复杂得多，造价也高得多，强磁场的存在使得生产成本也大幅提高。MCZ法在生产高品质大直径硅锭上已成为主要方法。

FZ法与CZ、MCZ法相比，去掉了坩埚，因此没有坩埚带来的污染，能拉制出更高纯度、无氧的高阻硅，是制备高纯度，高品质硅锭，及硅锭提存的方法。但因存在熔融区因此拉制硅锭的直径受限。FZ法硅锭的直径比CZ、MCZ法小得多。

第二章：

1.SiO2性质：

SiO2是一种十分理想的电绝缘材料；化学性质非常稳定；耐击穿能力很强；SiO2对某些杂质具有很好的掩蔽特性，从而可以实现选择性扩散；热氧化法制备的SiO2由于性能好、掩蔽能力强，得到广泛的应用。

密度：无定形SiO2密度一般2.20g/cm3；

折射率：SiO2的折射率为1.46；

电阻率：SiO2是良好的绝缘体，其禁带宽度9ev。

介电强度：用作绝缘介质时，常用介电强度表示SiO2薄膜耐压能力。

介电常数：表征电容性能的参数，MOS电容器

化学性质：SiO2的化学性质稳定，常温下只和HF反应。SiO2与强碱溶液也发生极慢的化学反应，生成硅酸盐。SiO2+6HF→H2(SiF6) +2H2O（刻蚀）

2.SiO2结构：二氧化硅按其结构一般有晶态和非晶态两种。主体结构单元为硅氧四面体构成的三维无序组合的网络结构。

晶态：O-Si-O的键角109°28’

非晶态：O-Si-O的键角110－180°，峰值144°（热氧化法）

3.杂质在SiO2中的存在形式：

(1)氧化硅介质膜可显著地抑制掺杂元素在其体的热迁移，这是硅晶体管和集成电路得以实现选择性扩散的重要因素之一。

(2)存在于氧化硅介质膜中的各类杂质绝大部分处于电离状态，并多数以正离子的形式处于网络形成剂或网络改变剂的状态。

网络形成者（可代替Si）：35族网络强度增强

网络改变者(存在于间隙中）：半径大网络强度下降，介电常数下降，熔点下降

4.SiO2薄膜在工艺中的作用（掌握）