中南大学 微电子制造学 期末复习资料

第五章 半导体制造中的化学品
1，什么是酸？列出在硅片厂中常用的三种酸。 酸，一种含氢并且氢在水中裂解（化学键断裂）形成水合氢离子 H3O+溶液。 硅片长中常用的三种酸：1）氢氧酸 HF，2）盐酸 HCl，3）硅酸，H2SiO4 2，什么是碱？列出在硅片厂中常用的三种碱 碱：一类含有氢氧根的化合物，在溶液中发生水解产生氢氧根离子 硅片长中常用的三种碱：NaOH、NH4OH、KOH 3，气体的种类 1）通用气体：氧气、氮气、氦气、氩气（纯度七个 9 以上）
1，列出芯片厂中六个不同的生产区域并对不同的生产区域做简单描述 1）扩散：进行高温工艺和薄膜淀积的区域 2）光刻：将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上 3）刻蚀：在硅片上没有光刻保护的地方留下的永久的图形 4） 离子注入： 气体带着要掺的杂质， 在注入机中离化。 采用电压和磁场来控制并加速离子， 高能杂质离子穿透了涂胶硅片的表面 5）薄膜生长：负责产生各个步骤当中的介质层与金属层的淀积 6）抛光：使硅片表面平坦化，通过将硅片表面突出的部分减薄到下凹部分的高度 2，列出典型的 CMOS 工艺的 14 个主要生产步骤 a 双阱工艺 b 浅槽隔离工艺 c 多晶硅栅结构工艺 d 轻掺杂金属（LDD）注入工艺 e 侧墙的形成 f 源/漏（S/D）注入工艺 g 接触孔的形成 h 局部互连工艺 i 通孔 1 和金属塞 1 的形成 j 金属 1 互连的形成 k 通孔 2 和金属塞 2 的形成 l 金属 2 互连的形成 m 制作金属 3 直到制作压点和及合金 n 参数测试 3， 离子注入后进行退火工艺的原因： 恢复晶格， 激活杂质， 恢复载流子迁移率和少子寿命。 4，什么是通孔？什么是钨塞？ 1）通孔：层间介质的细小开口 2）钨塞：通孔中心导电金属，通常是钨 4，钝化层的目的：保护产品免受潮气、划伤以及沾污的影响
第二章 半导体材料特性
1，从价电子的观察来看,周期表中的族数代表什么?原子序数和原子质量数有何不同? 1）从价电子观察,周期表中族数代表价电子数. 2）原子序数和原子质量数的不同 原子序数:等于原子核中的原子数.特定元素的所有原子具有相同的原子序数. 原子质量数:原子中质子数与中子数之和.同种元素的同位素具有相同的质子数及不同的中子 数. 2，选择硅作为主要半导体材料的理由 1）硅的丰裕度； 2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限； 3）更宽的工作温度范围； 4）氧化硅的自然生成。 3，砷化镓与硅比较 1）优点：材料电阻率大，抗辐射性能比硅高； 2）缺点：缺乏天然氧化物，材料有脆性，成本高，有剧毒。
第七章 测量学和缺陷检查
1，四探针法及其优点 1）定义：把四个在一条线上的探针等距离放置，让它们依次接触硅片，在外面的两根探针 之间施加已知的电流值（I） ，可测得里面探针之间形成的电势差（V） 。 电阻率： ρs = 2πs × (s 间距)
i v
2）优点：a，只要薄层大且探针的间距小，方块电阻（Rs）就可由下式得到 Rs=4.53V/I b，该技术可以在测试硅片的许多位置上进行，用以绘制等值线图，进而得到方块 电阻数据。 2，范德堡法 四探针法的一种修正是范德堡方法， 它用四探针法测量任意有图形样本的周边。 这一概念是 基于测量正方形图形的两角电流的同时测量另外两角的电压 3.为什么要进行 C-V 测试？描述进行这一测试的四个步骤 1）目的：C-V 测试可检测氧化步骤之后的离子污染，是提供了栅氧化层完整的信息（GOI） ， 包括介质厚度，介电常数 k，电极之间硅的电阻率，表征多数载流子的浓度，以及平带电压 （在氧化层结构中没有电势差的电压） 2）步骤： a 在被测氧化层的金属接触面与氧化层下方轻掺杂的硅之间施以可变的电压偏置 b 先将硅片加热到 300℃保持 5 分钟，同时在金属区域加恒定的正电压（大小依赖氧化层的 厚度）然后冷却，再移去偏置 c 重复第一步的 C-V 曲线图 d 验证这一漂移是由于沾污而不是氧化物充电
第一章 半导体产业介绍
1，列出及恒电路制造的 5 个重要步骤,简要描述每一个步骤. 1),硅片制备:包括晶体生长,滚圆,切片及抛光. 2),硅片制造:包括清洗,成膜,光刻,刻蚀及掺杂. 3),硅片测试/捡选:探测,测试及捡至硅片生的每个芯片. 4),装配与封装:沿着划片将硅片切割成芯片,再进行压焊和包封. 5),终测:确保集成电路通过点穴和环境测试.
第三章 器件技术
1，用于形成 MOSFET 栅极最常用的导体材料是什么？这种那个材料怎样制作导体？ 现用于 MOSFET 最常用的材料是多晶硅，他是一种在集成电路制造中淀积在衬底的多晶 硅材料。这种材料通过渗入 P 型或 N 型杂质来制作导体。
第四章 硅和硅片制备
1，列举得到半导体级硅的 3 个步骤。半导体级硅有多纯？ 制备 SGS 过程： 1） 用碳加热硅石来制备冶金级硅。SiC(s)+SiO2(s)→Si(l)+SiO（g）+CO(g) 2） 通过化学反应将冶金级硅提纯以生成三氯硅烷。Si(s)+3HCl(g) →SiHCl3(g)+H2(g)+加热 3） 利用西门子方法， 通过三氯硅烷和氢气反应来产生 SGS。 2SiHCl3(g)+2H2(g) →2Si(s)+6HCl(g) 半导体级硅具有半导体制造要求的超高纯度，它包含少于百万分之（PPM）二的碳元素和 少于十亿分之（ppb）一的Ⅲ、Ⅴ族元素（主要的掺杂元素） 。 2，硅片中的晶体缺陷 （1）缺陷密度，在工艺过程中，由于各种原因在每个平方厘米硅片上产生的缺陷数目。减 少缺陷密度是提高硅片成品率的重要方面。 （2）三种普遍缺陷： a，点缺陷（原子层面的局部缺陷）包括空位，间隙原子，由于化学元素杂质引入到格点里 所产生的 成因：晶体里杂质原子挤压晶体结构引起的应力所致 b，位错（错位的晶胞）包括层级缺陷，氧化导致层积位错（OISF）等。 成因：晶体生长条件、晶体内的晶格应力、制造过程中的物理损坏 c，层错（晶体结构的缺陷）
第八章 工艺腔内的气体控制
1，描述冷凝泵的原理并解释其过程 1）原理：冷凝泵是一种俘获式泵，它通过使空气变得如此冷，以改变气体并俘获在泵中 的方式去除工艺腔体中的气体，以保持泵的运行 2）过程：凝结气体分子定期通过一个名为再生的过程去除，在这个再生的过程中，泵被 加温到室温更高的程度，气体既被排放到专门的排泄管道中 2，为什么要在等离子气体中使用 RF 能量？ RF 场存在一个阴极和一个阳极之间，像电极那样，电子离子和其他产生于辉光放电的物 质，会向着电极运动，比起那些缓慢运动的大团正离子，辉光放电中产生的电子向正极移动
第十章 氧化
1，Si02 的原子结构：由一个硅原子被四个氧原子包围的四个单元体组成。 2，氧化层在微型芯片中的作用。 1）保护器件免划伤和隔离沾污 2）限制带电载流子场区隔离（表面钝化） 3）栅氧或存储器单元结构中的介质材料 4）掺杂中的注入掩蔽 5）金属导电层间的介质层 3，氧化的化学反应： 1）干氧： Si(固态)+O2(气态) =SiO2(固态) 2）湿氧： Si(固态)+H2O(气态) =SiO2(固态)+2H2(气态)
2）特种气体：纯度四个 9 以上。
第六章 硅片制造中的沾污控制
1，净化间玷污的类型 颗粒、金属杂质、有机物沾污、自然氧化层、静电释放（ESD） 2，解释空气质量净化级别 净化级别标志了净化间的空气质量级别，它是由净化空气中的颗粒尺寸和密度来表征的 0.3um 的 10 级：每立方英尺最多允许包含尺寸等于或大于 0.3um 的颗粒 30 个 0.5um 的 1 级：每立方英尺最多允许包含尺寸等于或大于 0.5um 的颗粒 1 个 3，湿法清洗液 1）SC-1：NH4OH/H2O2/H2O=1:1:5~1:2:7 去除颗粒和有机物 2）SC-2：HCL/H2O2/H20 =1:1:6~1:2:8 去除硅片表面的金属 3）piranha 是一种强效的清洗溶液，联合使用硫酸和过氧化氢（7:3（30%） ）去除硅片表面 的金属离子和有机物
第十一章 淀积
1，薄膜特性： 1）好的台阶覆盖能力,； 2）填充高的深宽比间隙 3）好的厚度均匀性 4）高纯度和高密度 5）受控制的化学剂量； 6）高度的结构完整性和低的膜应力； 7）好的电学特性; 8）对衬底材料或下层膜好的黏附性 2，列举淀积的 5 种主要技术 1）化学气相淀积（CVD） 2）电镀 3）物理气相淀积（PVD 或溅射） 4）蒸发 5）旋涂方法 3，CVD 过程 5 个基本的化学反应：
B A
Байду номын сангаас
×t
1
2）抛物线阶段（扩散速率限制）X = Bt 2 5，影响氧化物生长的因素： 1）温度和 H2O 2）掺杂效应：重掺杂的硅要比轻掺杂的氧化速率快。 3）晶向：线性氧化速率依赖于晶向的原因是(111)面的硅原子密度比(100)面的大。因此在线 性阶段，(111)硅单晶的氧化速率将比(100)稍快，但(111)的电荷堆积要多。在抛物线阶段， 抛物线速率系数 B 不依赖于硅衬底的晶向。对于(111)和(100)向，在抛物线阶段的氧化生长 速率没有差别。 4）压力效应：生长速率将随着压力增大而增大。高压的方法可降低热预算：允许降低温度 但仍保持不变的氧化速率，或者在相同温度下获得更快的氧化生长。 5）等离子增强：给硅施以比等离子区低的偏压，这可使硅片收集等离子区内的电离氧。这 种行为导致硅的快速氧化，并且允许氧化物生长在低于 600℃的温度下进行。这一技术带来 的问题是产生颗粒、较高的膜应力以及比热生长氧化要差的膜质量。 6，快速热处理（RTP）的主要优点 1）减少热预算 2）硅中杂质运动最小 3）减少沾污，这归功于冷壁加热 4）由于较小的腔体体积，可以达到清洁的气氛 5）更短的加工时间（指循环时间）
的速度要快的多，运动使得辉光放电区域产生一个正电势，正离子向阴极运动，并穿过一个 与阴极相连的暗区， 与辉光放电区相比暗区具有很低的压降和很长的电场， 这使阳性离子向 阴极运动的速度加快，导致后者又衍伸出第二个电子，第二个电子被阴极反射回来，穿过暗 区，同时维持辉光放电现象
第九章 集成电路制造工艺概况
常见有滑移（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。 3，单晶硅生长 1）定义：把多晶块转变成一个大单晶，给予正确的定向和适量的 N 型或 P 型掺杂； 2）生长方法： a，CZ 直拉法：把熔化了的半导体级硅液体变为有正确晶向并且被掺杂成 n 型或 p 型的固体 硅锭。 目的是实现均匀掺浓度的同时精确地复制籽晶结构。 两个主要参数是拉伸速率和晶体旋转速率。 工艺过程： 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→缩晶→放肩→等径生长→收尾） 、 停炉： （降温→停气→停止抽真空→开炉） 优点：所生长单晶的直径较大、成本相对较低 缺点：熔体与坩埚接触，易引入氧杂质，不易生长高电阻率单晶（含氧量通常 10-40ppm) b，区熔法：一种无坩埚的晶体生长方法，多晶与单晶均由夹具夹着，由高频加热器产生一 悬浮的溶区，多晶硅连续通过熔区熔融，在熔区与单晶接触的界面处生长单晶。 c，两种方法比较 CZ 法是较常用的方法： 价格便宜 较大的晶圆尺寸 (直径 300 mm ) 晶体碎片和多晶态硅再利用 悬浮区熔法： 纯度较高(不用坩埚) 价格较高，晶圆尺寸较小 (150 mm) 高压大功率元件 4，硅片制备的基本工艺步骤 晶体生长、整型处理、切片、磨片倒角、刻蚀、抛光、清洗、检查、包装。 5，外延层的定义和作用 1）定义：在基质衬底上按特定的结晶学生长的单晶薄膜 2）作用：a，提高双极器件和集成电路的性能；b，优化 pn 结的击穿电压，降低集电极电 阻，提高器件速度；c，降低闩锁效应。 3）在某些情况下，需要硅片有非常纯的与存底有相同晶体结构（单晶）的硅表面，还要保 持对杂质类型和浓度的控制，这就需要在硅表面淀积一个外延层来达到。
湿氧反应会产生一层二氧化硅膜和氢气。 潮湿环境有更快的生长速率是由于水蒸气比氧气在 二氧化硅中扩散更快、溶解度更高。湿氧反应生成的氢分子会束缚在固态的二氧化硅层内， 使得氧化层的密度比干氧小。 这种情况可通过在惰性气体中加热氧化物来改善， 以得到与干 氧生长相似的氧化膜结构和性能。 4，氧化生长速率 1）线性阶段（反应速率控制）X =