硅集成工艺 期末复习

复习

•1、硅片制备的四个阶段

制造IC级的硅晶圆分四个阶段进行：

❖矿石到高纯气体的转变

❖气体到多晶的转变

❖多晶到单晶，掺杂晶棒的转变

❖晶棒到晶圆的制备

•2、如何通过硅片滚磨定形来判断其类型

•3、硅片清洗任务有哪些？

三道防线:

✓净化环境（clean room）

✓硅片清洗（wafer cleaning）

✓吸杂（gettering）

硅片清洗的基本任务

❖粒子

❖金属杂质

❖有机物

❖表面微粗糙度（栅氧化层厚度小于100埃）

❖自然氧化层

❖栅氧化／外延前的最后一步清洗

•4、典型的湿法清洗工艺流程

•5、二氧化硅的性质（P21）和用途，常见的介质薄膜还有？

硅工艺中的一系列重要硅基材料：

SiO2：绝缘栅/绝缘/介质材料；

Si3N4：介质材料，用作钝化/掩蔽等；

多晶硅：可以掺杂，导电；

硅化物：导电，作为接触和互连……

SiO2的主要性质

•密度 2.20g/cm3 SiO2致密程度的标志

•折射率 1.46 密度大，折射率大

•电阻率1016 欧姆.cm 与制备方法，掺杂有关

•介电强度106-107 V/cm

•介电常数表征电容性能的一个重要参数•腐蚀SiO2+6HF H2(SiF6)+2H2O

•6、什么是线性氧化和抛物线氧化极限

• 7、弄清恒定表面源扩散与有限表面源扩散

1、恒定表面源的扩散

特点：表面浓度始终保持不变，为Cs 初始条件： t = 0 x> 0 处 C(x, t) = 0 边界条件： t >> 0 x = 0 处 C(x, t) = Cs t >> 0 x → ∞ C(x, t) = 0

解方程，得恒定扩散方程的表达式 (,)2S C z t C erfc Dt =⎢

⎣

C(x, t) 某处t 时，杂质浓度Cs 表面杂质浓度，取决于某种杂质在硅中的最大固溶度erfc 余误差函数

Dt 称为特征扩散长度

恒定表面源扩散的主要特点

1.主要分布形式： 扩散时间越长，杂质扩散距离越深，进入衬底的杂质总量越多。

2. 恒定表面源的扩散的表面杂质浓度Cs 基本由杂质在扩散温度（900－1200）下的固溶度决定，而固溶度随温度变化不大。

3.如果扩散杂质与原有杂质的导电类型不同则在两种杂质浓度相等处形成pn 结

12B j S C x Dterfc A Dt C -⎡⎤

==⎢⎥⎣⎦

影响结深的因素

D 与T 有关，T 上升10︒C D 上升1倍 对D 的作用较t 大

又和A ，即Cs/Cb 有关 Cb Cb 上升 xj 下降

Cs 余误差分布 Cs 上升，Q 上升，xj 上升

但Cs 和T 关系不大，所以一般不以提高Cs 来增加xj 。 高斯分布 Cs 上升，Q 不变的话，则xj 下降。 T ± 1︒C D 差10％ 则xj 差5% 所以T 的误差必须 < ±1︒C 。

2、有限表面源扩散

在整个扩散过程中，已形成的扩散杂质总量作为扩散的杂质源，不再有新源补充，其初始条件和边界条件(,)0,C x t =0x ≠

(,)T C x t dx Q ∞

=⎰

(,)0C t ∞=

费克第二定律的解是高斯分布 24(,)x Dt T

Q C x t e Dt

π-=

表面浓度Cs 随时间而减少 (0,)T

S Q C C t Dt

π==

有限表面源扩散的特点

1.主要分布形式 ：扩散时间越长，杂质扩散距离越深，表面杂质浓度越低.衬底的杂质总量不变表面杂质浓度可以控制

表面浓度Cs 随扩散时间而减少 有限表面源扩散Xj 为2ln S j B C x Dt A Dt C ⎛⎫

==

⎪⎝⎭

•8、硅外延的反应，自掺杂效应外延

按反应室分类:

卧式、立式、桶式

气相外延（VPE）

液相外延（LPE）

固相外延（SPE）

分子束外延（MBE)

系统和工序

自掺杂效应

外延层中的缺陷：

硅的选择外延生长：

衬底裸露出硅的部份可以淀积生长硅外延层，而表面为氧化硅或氮化硅的区域不会同时淀积非晶硅。最初的目的是想获得一种先进的介质隔离结构。

在SiCl4中加入HCl会防止在二氧化硅掩蔽层上硅核的成形和硅的生长

•9、光刻基本工艺流程

1、衬底处理

a)表面清洁度

b) 平面度

c) 增粘处理；

高温烘培；

增粘剂处理：二甲基二氯硅烷和三甲基二硅亚胺

2、涂胶

旋转涂胶精确控制转速，加速度提供具有一定厚度和均匀性良好的光刻涂胶层

a)膜厚对分辨率的影响

膜越厚分辨率越低，但为了减少针孔，又需要膜厚。

负胶的膜厚/线宽比为1：2－1：3

正胶的膜厚/线宽比为1：1

膜厚对针孔密度的关系

膜厚对粘附力的影响

如膜太厚，曝光被上层胶吸收，引起下层光刻胶曝光不足，在显影时下层胶会膨胀甚至溶解，影响光刻胶和衬底的粘附。

3、前烘

方式：热板和红外等

作用：去除光刻胶中的溶剂

改善胶与衬底的粘附性，

增加抗蚀性，防止显影时浮胶和钻蚀但不能发生热胶联

4、曝光（套准）

关系到光刻的分辨率、条宽控制、套准精度

5、显影develop

方法：湿法显影；干法显影

湿法显影液应具备的条件：

*应去除的胶膜溶解度大，溶解的快

*对要保留的胶膜溶解度小，溶解得慢

*有害杂质少毒性小

湿法显影的缺点：

*显影液向抗蚀剂中扩散，刻蚀图形溶胀

*显影液组份变化，引起显影液特性变化

显影后要在显微镜下检查：

*图形套准情况

*边缘是否整齐

*有无残胶，皱胶，易浮胶，划伤等

干法显影

利用抗蚀剂的曝光部分和非曝光部

分在特定的气体等离子体中有不同

的反应，最后去除未曝光的部分