半导体工艺复习题剖析.docx

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半导体工艺复习题剖析

填空20’简答20’判断10’综合50’

第一单元

1.一定温度，杂质在晶体中具有最大平衡浓度，这一平衡浓度就称为什么？

固溶度

2.按制备时有无使用坩埚分为两类，有坩埚分为？

无坩埚分为？

（P24）

有坩埚：

直拉法、磁控直拉法

无坩埚：

悬浮区熔法

3.外延工艺按方法可分为哪些？

（P37）

气相外延、液相外延、固相外延和分子束外延

4.Wafer的中文含义是什么？

目前常用的材料有哪两种？

晶圆；硅和锗

5.自掺杂效应与互扩散效应（P47-48）

左图：

自掺杂效应是指高温外延时，高掺杂衬底的杂质反扩散进入气相边界层，又从边界层扩散掺入外延层的现象。

自掺杂效应是气相外延的本征效应，不可能完全避免。

自掺杂效应的影响：

改变外延层和衬底杂质浓度及分布

对p/n或n/p硅外延，改变pn结位置

右图：

互（外）扩散效应：

指高温外延时，衬底中的杂质与外延层中的杂质互相扩散，引起衬底与外延层界面附近的杂质浓度缓慢变化的现象。

不是本征效应，是杂质的固相扩散带来（低温减小、消失）

6.什么是外延层？

为什么在硅片上使用外延层？

1）在某种情况下，需要硅片有非常纯的与衬底有相同晶体结构的硅表面，还要保持对杂质类型和浓度的控制，通过外延技术在硅表面沉积一个新的满足上述要求的晶体膜层，该膜层称为外延层。

2）在硅片上使用外延层的原因是外延层在优化pn结的击穿电压的同时降低了集电极电阻，在适中的电流强度下提高了器件速度。

外延在CMOS集成电路中变得重要起来，因为随着器件尺寸不断缩小它将闩锁效应降到最低。

外延层通常是没有玷污的。

7.常用的半导体材料为何选择硅？

1）硅的丰裕度。

硅是地球上第二丰富的元素，占地壳成分的25%；经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本。

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。

用硅制造的半导体件可以用于比锗更宽的温度范围，增加了半导体的应用范围和可靠性。

4）氧化硅的自然生成。

氧化硅是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污；氧化硅具有与硅类似的机械特性，允许高温工艺而不会产生过度的硅片翘曲。

8.液相掺杂浓度计算（P29）

第二单元

1.二氧化硅结构中的氧原子可分为哪几种？

（P66）

桥键氧原子和非桥键氧原子

2.SiO2的掩蔽作用

硅衬底上的SiO2作掩膜要求杂质在SiO2层中的扩散深度Xj小于SiO2本身的厚度XSiO2

掩蔽条件

SiO2作掩膜的最小厚度

3.杂质在硅中的扩散方式有哪些？

恒定表面源扩散和限定表面源扩散

4.半导体工艺技术的主要掺杂工艺包括哪两种？

扩散和离子注入

5.注入离子在耙内的能量损失的过程？

（P130）

注入离子在靶内的能量损失分为两个彼此独立的过程：

核碰撞（nuclearstopping）和电子碰撞（electronicstopping）

6.氧化物有哪两个生长阶段？

（P77）

化学反应控制阶段和扩散控制阶段

7.离子注入是唯一能够精确控制掺杂的手段（√）

8.什么是杂质分凝效应和分凝系数？

（P87）

任何一种杂质在不同相中的溶解度是不相同的，当两个相紧密接触时，原来存在某一相中的杂质将在两相之间重新分配，直到在两相中浓度比为某一常数为止，即在界面两边的化学势相等，这种现象称为分凝现象。

分凝系数是衡量分凝效应强弱的参数。

9.离子注入能够重复控制杂质的浓度和深度，因而在几乎所有应用中都优于扩散。

（×）

10.硅中的杂质只有一部分被真正激活，并提供用于导电的电子和空穴（大约3%-5%），大多数杂质仍然处在间隙位置，没有被电学激活。

（√）

11.离子注入会将原子撞击出晶格结构而损失硅片晶格，高温退火过程能使硅片中的损伤部分或者绝大部分得到消除，掺入的杂质也能得到一定比例的电激活。

（√）

12.什么是扩散工艺？

（P98）

扩散是微电子工艺中最基本的工艺之一，是在约1000℃的高温、p型或n型杂质气氛中，使杂质向衬底硅片的确定区域内扩散，达到一定浓度，实现半导体定域、定量掺杂的一种工艺方法，也称为热扩散。

13.氧化增强扩散/氧化阻滞扩散

氧化增强扩散：

硼在氧化气氛中的扩散存在明显增强现象，磷、砷也有此现象。

原因是氧化诱生堆垛层错产生大量自填隙Si，间隙-替位式扩散中的“踢出”机制提高了扩散系数。

氧化阻滞扩散：

锑扩散是以替位方式进行，氧化堆垛层错带来的自填隙硅填充了空位，减少了空位浓度。

锑在氧化气氛中的扩散却被阻滞。

14.什么是沟道效应？

抑制方法？

1）沟道效应：

衬底为单晶材料，离子束准确的沿着晶格方向注入，几乎不会受到原子核的散射，其纵向分布峰值与高斯分布不同。

一部分离子穿过较大距离。

2）抑制方法：

硅片偏转一定角度注入

使用质量较大的原子注入

大剂量注入（形成非晶层）

隔介质膜注入

15.离子注入后为什么要退火？

（P146）

1）氧化生成保护膜

2）离子再分布，减小杂质浓度差

3）修复损伤

4）激活注入杂质

第三单元

1.APCVD、LPCVD、PECVD和HDPCVD中文名称分别是？

常压化学气相淀积、低压化学气相淀积、等离子增强化学气相淀积和高密度等离子体化学气相淀积

2.目前较常用的化学气相淀积工艺方法是？

3.CVD反应器的冷壁反应物只加热硅片和硅片支持物。

（√）

4.CVD是利用某种物理过程，例如蒸发或者溅射现象实现物质的转移即原子或分子由源转移到衬底（硅）表面上，并淀积成薄膜。

（×）

5.气体直流辉光放电分为哪几个区？

其中辉光放电区包括哪几个区？

溅射区域选择在哪个区？

（P176）

分为暗流区，汤生放电区，辉光放电区，电弧放电区

辉光放电区分为

c-d：

前期辉光放电区

d-e：

正常辉光放电区

e-f：

反常辉光放电区

其中溅射选定区域在反常辉光放电区

6.热蒸发制备薄膜的过程有哪些？

（P212）

准备→抽真空→预蒸→蒸发→取片

7.蒸发的最大缺点是不能产生均匀台阶覆盖，但是可以比较容易的调整淀积合金的组分（×）

8.LPCVD紧随PECVD的发展而发展，由660℃降到450℃，采用增强的等离子体，增加淀积能量，即低压和低温。

（×）

9.台阶覆盖与接触孔口（P225）

准直溅射技术是在高真空溅射时，在衬底正上方插入一块有高纵横比孔的平板，称为准直器。

溅射原子的平均自由程足够长，则在准直器与衬底之间几乎不会发生碰撞。

因此只有速度方向接近于垂直衬底表面的溅射原子才能通过准直器上的孔到达衬底表面，而且这些原子更可能淀积在接触孔的底部，这样就不会因接触孔顶两拐角的接近（甚至接触）造成到达底部溅射原子过少，从而出现孔底角出薄膜太薄（甚至不相连）的现象。

10.什么是CVD中的气缺现象？

解决气缺现象的措施？

1）气缺现象：

一个入气口的反应室，沿气流方向反应剂不断消耗，浓度降低，因此膜厚不均。

当气体反应剂被消耗而出现的反应剂浓度改变的现象。

2）解决措施：

在水平方向上逐渐提高温度来加快反应速度，从而提高淀积速率，补偿气缺效应的影响，减小各处淀积厚度差别。

采用分布式的气体入口，就是反应剂气体通过一系列气体口注入列反应室中。

需要特殊设计的淀积室来限制注入气体所产生的气流交叉效应。

增加反应室中的气流速度。

第四、五单元

1.显影时，正胶和负胶的哪个区发生溶解？

而哪个区则不会溶解。

（P239）

正胶的曝光区和负胶的非曝光区的光刻胶在显影液中溶解，而正胶的非曝光区和负胶的曝光区的光刻胶则不会在显影液中溶解（或很少溶解）。

2.根据成像结果的不同，光刻胶可分为哪两种类型，其中哪种成本较低且应用较早？

正光刻胶和负光刻胶；负光刻胶。

3.负性光刻？

正性光刻？

负性光刻：

把与掩膜版上图形相反的图形复制到硅片上。

正性光刻：

把与掩膜版上图形相同的图形复制到硅片上。

两种工艺的区别：

所用光刻胶不同。

4.最早应用在半导体光刻工艺中的光刻胶是哪种胶？

负光刻胶

5.光刻的本质是什么？

光刻就是将掩膜版（光刻版）上的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感的薄膜材料（光刻胶）上去的工艺过程。

6.CD是什么？

芯片上的物理尺寸特征被称为关键尺寸，即CD

7.什么是干法刻蚀？

什么是湿法刻蚀？

比较二者的优缺点。

1）干法腐蚀是应用等离子技术的腐蚀方法，刻蚀气体在反应器中等离子化，与被刻蚀材料反应（或溅射），生成物是气态物质，从反应器中被抽出。

湿法刻蚀是化学腐蚀，晶片放在腐蚀液中（或喷淋），通过化学反应去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜图形。

2）干法刻蚀与湿法刻蚀比较，优点：

保真度好，图形分辨率高；

湿法腐蚀难的薄膜如氮化硅等可以进行干法刻蚀。

清洁性好，气态生成物被抽出；无湿法腐蚀的大量酸碱废液。

缺点：

设备复杂

选择比不如湿法

8.接触是由导电材料如铝，多晶硅或铜制成的连线将电信号传输到芯片的不同部分。

（×）

9.干法刻蚀有哪几种？

相应的内容是什么？

（P290）

物理性刻蚀、化学性刻蚀和物理化学性刻蚀。

1）物理性刻蚀-溅射刻蚀：

等离子体中的离子或高能原子对衬底进行轰击，溅射出衬底原子，形成掩蔽膜图形。

2）化学性刻蚀：

腐蚀气体等离子化，活性物F.、CF。

x与氮化硅、多晶硅等被刻蚀薄膜发生化学反应，生成物被真空泵排除。

3）物理化学性刻蚀（RIE）：

RIE是等离子化学性刻蚀和溅射物理性刻蚀现象同时作用的刻蚀，实际是离子辅助刻蚀。

10.金属导电层和绝缘介质层两部分组成什么系统？

（P310）

多层互连系统

11.有光刻胶覆盖硅片的三个生产区域分别为光刻区、刻蚀区和扩散区。

（√）

12.曝光后烘焙，简称后烘，其对传统I线光刻胶是必需的。

（√）

13.画图并说明集成电路的光刻板的制版工艺流程。

（P245）

1）版图绘制：

在版图设计完成后，一般将其放大100-1000倍（通常为500倍），在坐标纸上画出版图总图。

2）刻分层图：

生产过程中需要几次光刻板，总图上就含有几个层次的图形。

为了分层制出各次光刻版，首先分别在表面贴有红色膜的透明聚酯塑料胶片（称为红膜）的红色薄膜层上刻出各个层次的图形，揭掉不要的部分形成红膜表示的各层次图形。

这一步又称为刻红膜。

3）初缩：

对红膜图形进行第一次缩小，得到大小为最后图形十倍的各层初缩版。

其过程与照相完全一样。

4）精缩兼分布重复：

一个大圆片硅片上包含有成百上千的管芯，所用的光刻版上当然就应重复排列有成百上千个相同的图形。

因此本步任务有两个，一是将初缩版的图形进一步缩小为最后的实际大小，并同时进行分布重复。

二是得到可用于光刻的正式掩膜版。

直接由精缩兼分步重复得到的称为母版。

5）复印：

在集成电路生产的光刻过程中，掩膜版会受磨损产生伤痕。

使用一定次数后就要换用新掩膜版。

因此同一掩膜工作版的需要数量是很大的，若每次工作版都采用精缩得到的母版是很不经济的。

因此在得到母版后要采用复印技术复制多块工作掩膜版供光刻使用。

14.名字解释掩膜版

掩模版就是将设计好的特定几何图形通过一定的方法以一定的间距和布局做在基版上，供光刻工艺中重复使用。

15.识别该图所示工艺，写出每个步骤名称并进行描述

1）气相成底膜：

清洗、脱水，脱水烘焙后立即用HMDS进行成膜处理，起到粘附促进剂的作用。

2）涂胶：

采用旋转涂胶的方法涂上液相光刻胶材料。

3）前烘：

其目的是除去光刻胶中的溶剂。

4）对准和曝光：

掩模板与涂了胶的硅片上的正确位置对准。

然后将掩模板和硅片曝光。

5）曝光后烘焙：

深紫外（DUV）光刻胶在100-110℃的热板上进行曝光后烘焙。

6）显影：

是在硅片表面光刻胶中产生图形的关键步骤。

7）坚模烘焙：

要求会发掉存留的光刻胶溶剂，提高光刻胶对硅片表面的粘附性。

8）显影后检查：

目的是找出光刻胶有质量问题的硅片，描述光刻胶工艺性能以满足规范要求。

16.解释图中现象的原因和叙述流程（P257）

1）原因：

正胶的曝光区和负胶的非曝光区的光刻胶在显影液中溶解，而正胶的非曝光区和负胶的曝光区的光刻胶则不会在显影液中溶解。

正胶由以下物质组成：

碱溶性的酚醛树脂，光敏性邻重氮醌和溶剂二甲苯等。

显影液是氢氧化钠等碱性溶液。

曝光的重氮醌退化，易溶于显影液，未曝光的重氮醌和树脂构成的胶膜难溶于碱性显影液。

负胶大多数由长链高分子有机物组成，曝光的顺聚异戊二烯在交联剂作用下交联，成为体型高分子，并固化，不再溶于有机溶剂构成的显影液，而未曝光的长链高分子溶于显影液，显影时被去掉。

2）光刻流程：

底膜处理→涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜（后烘）→显影检验→刻蚀→去胶→最终检验

17.若计划用图示中掩膜版上黑色区域在硅片上制作扩散区，光刻时需要使用哪种光刻胶？

为什么？

并简介光刻操作流程。

负胶；负胶的非爆光区被腐蚀掉，用来做扩散区。

流程同上