2022《微電子工藝》復(fù)習(xí)提綱v1

2022《微電子工藝》復(fù)習(xí)提綱一、襯底制備1.硅單晶兩種制備方法及比較。直拉法：該法是在直拉單晶氯內(nèi)，向盛有熔硅坩鍋中，引入籽晶作為非均勻晶核，然后控制熱場，將籽晶旋轉(zhuǎn)并緩慢向上提拉，單晶便在籽晶下按照籽晶的方向長大。其優(yōu)點是晶體被拉出液面不與器壁接觸，不受容器限制，因此晶體中應(yīng)力小，同時又能防止器壁沾污或接觸所可能引起的雜亂晶核而形成多晶。區(qū)溶法：使圓柱形硅棒用高頻感應(yīng)線圈在氬氣氣氛中加熱，使棒的底部和在其下部靠近的同軸固定的單晶籽晶間形成熔滴，這兩個棒朝相反方向旋轉(zhuǎn)。然后將在多晶棒與籽晶間只靠表面張力形成的熔區(qū)沿棒長逐步移動，將其轉(zhuǎn)換成單晶。區(qū)熔法可用于制備單晶和提純材料，還可得到均勻的雜質(zhì)分布。這種技術(shù)可用干生產(chǎn)純度很高的半導(dǎo)體、金屬、合金、無機和有機化合物晶體。2.硅的摻雜和導(dǎo)電特性：包括雜質(zhì)種類、雜質(zhì)能級和激活能。摻雜劑可在拉制前一次性加入；也可在拉制過程中分批加入，持續(xù)不斷地加入高純度的多晶硅于融體中，使初始的摻雜濃度維持不變；均勻摻雜分布，可由高拉制速率和低旋轉(zhuǎn)速率獲得。硅的p型雜質(zhì)一般為硼B(yǎng)，n型雜質(zhì)一般為磷P和砷As。p型/n型雜質(zhì)的能級在禁帶中靠近價帶頂和導(dǎo)帶底，均為淺能級。3.硅單晶的晶向表示方法和硅的原子密度。晶向—空間點陣中由結(jié)點連成的結(jié)點線和平行于結(jié)點線的方向。實驗中確定晶向：光圖定向硅的原子密度為5.00x10^22/cm34.硅單晶圓片的制作方法。切：金剛石刀切晶錠成晶圓，沿（100）面或（111）面1/3的原料損耗磨：機械研磨，消除切割留下的劃痕。拋：拋光二、外延生長1.外延的定義。在一定條件下，通過一定方法獲得所需原子，并使這些原子有規(guī)則地排列在襯底上；在排列時控制有關(guān)工藝條件，使排列的結(jié)果形成具有一定導(dǎo)電類型、一定電阻率、一定厚度。2.硅外延方法。四氯化硅（SiCl4）氫氣還原法。硅外延層一般采用氣相外延的方法制備。3.用Grovel模型分析四氯化硅氫氣還原法外延制備硅的外延速率。4.硅外延工藝?yán)餃囟取⒎磻?yīng)劑濃度、氣體流速對生長速率的影響，會分析圖表數(shù)據(jù)。三、薄膜制備-氧化1.SiO2的原子密度2.3*10^222.SiO2層厚度和原生硅層厚度的關(guān)系。生長一個單位厚度的SiO2，需要消耗0.44-0.46個單位厚度的硅層。3.用grove模型分析熱氧化速率。4.理解采用干法熱氧化和摻氯措施提高柵氧層質(zhì)量這個工藝。干氧氧化氧化氣氛為干燥、純凈的氧氣。摻氯工藝對于改善SiO2特性，提高氧化質(zhì)量有好處；氯可以與硅中的可動金屬離子，尤其是鈉離子反應(yīng)，生成可揮發(fā)的金屬氯化物而排除；氯的引入會使氧化速率增大1%-5%。5.干法氧化，濕法氧化和水汽氧化三種方式的優(yōu)缺點。四、薄膜制備-化學(xué)氣相淀積CVD1.工藝中影響臺階覆蓋、間隙填充的圖形保真度的因素。到達角；反應(yīng)劑的表面遷移率。2.APCVD,LPCVD和PECVD的特點與區(qū)別。APCVD：操作簡單，淀積速率高，可超過1000?/min；臺階覆蓋性和均勻性較差LPCVD：臺階覆蓋性和均勻性好；可以進行多晶硅，Si3N4，SiO2，PSG、BPSG、鎢等薄膜的淀積PECVD：依靠非熱能源的射頻（RF）等離子體來激活和維持化學(xué)反應(yīng)；突出優(yōu)點是淀積溫度低，淀積速率高；膜表面吸附原子由于不斷受到離子和電子轟擊，容易遷移，薄膜有良好的均勻性，以及填充小尺寸結(jié)構(gòu)的能力；通常情況下，666.5Pa氣壓下，使用頻率13.56MHz3.CVD工藝中將反應(yīng)劑的液態(tài)源轉(zhuǎn)換為氣體源的方法。4.熱氧化SiO2，CVD淀積的USG，PSG和BPSG的特點、區(qū)別和在IC中的應(yīng)用。USG：本征非摻雜SiO2薄膜PSG：在淀積二氧化硅的氣體中同時摻入PH3，得到PSG，含P2O5和SiO2PSG高溫下可以流動，形成更為平坦的表面，更好的臺階覆蓋；對水氣阻擋能力不強，吸濕性強；可以吸收堿性離子。BPSG：在淀積PSG的反應(yīng)氣體中摻入B2H6，得到BPSG，含B2O3，P2O5和SiO2BPSG的回流溫度為850℃；吸濕性強，可以吸收堿性離子5.多晶硅在未摻雜、摻雜和高摻雜時的特性和在IC中的應(yīng)用。未摻雜多晶硅膜近乎絕緣；一般摻雜濃度下，多晶硅電阻率比單晶硅的電阻率高的多；高摻雜的多晶硅膜導(dǎo)電性非常好，通常作為自對準(zhǔn)工藝中的電極材料。用途：MOS集成電路中，高摻雜多晶硅薄膜可作柵電極和互連線；雙極和BiCMOS工藝中，高摻雜多晶硅可用來制作發(fā)射極；低摻雜多晶硅膜在SRAM中可作高值負(fù)載電阻；填充介質(zhì)隔離技術(shù)中的深/淺槽6.金屬W和金屬TiN的制備方法。五、薄膜制備-物理氣相淀積PVD1.真空蒸發(fā)與濺射兩種方法的特點和區(qū)別。真空蒸發(fā)：高純薄膜的淀積必須在高真空度的系統(tǒng)中進行；所加能源（通常為熱源）將蒸發(fā)源材料加熱到足夠高的溫度，使其原子或分子獲得足夠能量（汽化熱），克服固相（或液相）的原子束縛而蒸發(fā)到真空中，并形成具有一定動能的氣相原子或分子,一般在0.1~0.2eV左右。要進行有效的蒸發(fā)淀積，蒸發(fā)源物質(zhì)的蒸氣壓應(yīng)達到一定數(shù)值；大多數(shù)金屬需加熱到熔化然后蒸發(fā)，蒸發(fā)速率受蒸發(fā)溫度影響較大膜的特性：設(shè)備簡單，操作容易；成膜速率快，生長機理簡單；薄膜純度比較高，厚度控制比較精確濺射淀積：具有一定能量的入射離子在對固體表面轟擊時，入射離子在固體表面原子碰撞過程中將發(fā)生能量和動量的轉(zhuǎn)移，并可能將固體表面的原子濺射出來，這種現(xiàn)象稱為濺射。濺射出的原子沿一定方向射向襯底，淀積在襯底材料上。被濺射材料稱為耙材，作為陰極；襯底硅片作為陽極。濺射出的原子一般能獲得10-50eV的動能，與蒸發(fā)方法相比，可以提高淀積原子在表面的遷移能力，改善臺階覆蓋和薄膜與襯底之間的附著力六、擴散和離子注入1.摻雜工藝結(jié)果的檢測標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)深和方塊電阻定義。雜質(zhì)與硅襯底原有雜質(zhì)的導(dǎo)電類型不一致時，在兩種雜質(zhì)濃度相等處形成pn結(jié)，結(jié)的位置即結(jié)深Xj，即雜質(zhì)濃度Cs等于襯底濃度Cb時所在的位置。方塊電阻：定義為正方形的半導(dǎo)體薄層，在電流方向所呈現(xiàn)的電阻，單位為歐姆每方公式R=ρL/S，ρ為物質(zhì)的電阻率，L為長度，S為截面積2.理解兩種擴散方式中，時間t和溫度T對方塊電阻和結(jié)深的影響。恒定表面源擴散：溫度與時間乘積增大，擴散深度增大，雜質(zhì)總量增大，方塊電阻越小有限表面源擴散：溫度與時間乘積增大，擴散深度增大，雜質(zhì)總量不變3.兩步擴散工藝。第一步：預(yù)擴散或預(yù)淀積，在較低的溫度下，采用恒定表面源擴散方式在硅片表面擴散一層雜質(zhì)原子，其分布為余誤差函數(shù)，目的在于控制擴散雜質(zhì)總量。第二步：主擴散或再分布，將表面已沉積雜質(zhì)的硅片在較高溫度下擴散，其分布為高斯函數(shù)，以控制擴散深度和表面濃度，主擴散的同時也往往進行氧化。4.B，P，As的擴散圖像。5.離子注入的優(yōu)勢。能夠獨立的控制摻入雜質(zhì)的分布情況和雜質(zhì)濃度。注入離子的能量(energy)：決定射程，決定結(jié)深注入離子的劑量(dose)：決定了摻入雜質(zhì)的濃度6.對離子注入引入的退火工藝的目的和兩種方法的對比。普通熱退火：使用擴散爐在真空或氮、氬等氣體的保護下對襯底作退火處理。退火時間長，通常為15-30min。清除缺陷不完全、注入雜質(zhì)激活不高。會出現(xiàn)增強擴散效應(yīng)。快速熱退火：退火時間短，在10-3--102秒之間。先熔化，再結(jié)晶，時間快，雜質(zhì)來不及擴散。可在最小雜質(zhì)再分布情況下完成雜質(zhì)激活。7.形成平坦雜質(zhì)分布的方法。組合不同注入能量的幾次離子注入，控制每次的峰值濃度位置，用于形成一平坦的雜質(zhì)分布七、光刻與刻蝕1.現(xiàn)代光刻工藝的基本步驟。清洗（晶片），脫水烘焙，涂膠，前烘（焙），對準(zhǔn)和曝光，顯影，后烘（焙），進一步工藝，去膠2.三種曝光方法的優(yōu)缺點，投影步進光刻機的優(yōu)勢。接觸式曝光：掩模版與硅片緊密接觸，分辨率在亞微米級；易引入大量的工藝缺陷，成品率低，掩模板壽命短。接近式曝光：掩模版與硅片間約5-10um的間隙，分辨率不高；適于3um以上的工藝，不損傷掩模板。投影式曝光：樣品與掩模版不接觸，避免引入工藝缺陷；掩模板不易破損；小于3um工藝的主要光刻手段，能做到1um。步進投影系統(tǒng)：IC工藝中普遍使用的曝光方式；設(shè)備昂貴；縮小掩模板圖形，能獲得高的分辨率，小于0.25um的工藝。3.理解光刻的分辨率、特征尺寸和光源波長的關(guān)系。特征尺寸F（最小線寬）是光刻中可以達到的最小光刻圖形尺寸，指可以清楚看到的最小寬度。分辨率R：指線條和間隔清晰可辨時每mm中的線對數(shù)。Rmax=1/2F（mm-1）光源波長λ：Rmax<=1/λ（mm-1）4.刻蝕工藝與帶膠剝離工藝刻蝕：把光刻工藝中光刻膠上形成的圖像轉(zhuǎn)移到下方材料上，獲得器件結(jié)構(gòu)的工藝帶膠剝離：光刻膠在待刻蝕層下面（相同光刻板圖形）5.濕法腐蝕與干法刻蝕各自的特點。濕法腐蝕：工藝簡單；各向同性；反應(yīng)物為氣體，液體或能溶于腐蝕液的物質(zhì)；控制好腐蝕溶液的濃度，時間，反應(yīng)溫度等；適用于3um以上的工藝；3um以下的工藝需采用干法刻蝕方法；現(xiàn)在多用于試片的腐蝕、清洗和再使用；高的選擇性，成本低，產(chǎn)量大；腐蝕液具有腐蝕性，危險性很大。干法刻蝕：利用等離子體激活的化學(xué)反應(yīng)或是利用高能離子束轟擊完成去除物質(zhì)的方法；一種是為等離子刻蝕，具有較好的選擇性，但不能保證各向異性；另一種是濺射刻蝕，具有各向異性的優(yōu)點，但選擇性較差。八、金屬化1.金屬化工藝的主要金屬和在IC中常見用途。IC中常使用金屬材料：鋁Al；銅Cu；鎢W；鈦Ti金屬化應(yīng)用：柵電極，接觸電極，互聯(lián)2.理解難容金屬硅化物，如silicide、Polycide、Salicide的概念。難熔硅化物同鋁的接觸電阻率比硅同鋁的接觸電阻率低約一個數(shù)量級，硅化物的源、漏結(jié)構(gòu)可以使源、漏區(qū)的薄層電阻大大降低；用作電極歐姆接觸材料的金屬硅化物有：PtSi，PdSi；難熔金屬硅化物/多晶硅雙層結(jié)構(gòu)在柵和內(nèi)部互聯(lián)的應(yīng)用中可使互聯(lián)電阻降低約一個量級；用作柵和互聯(lián)材料的金屬硅化物有：TiSi2，TaSi2，WSi2，CoSi2，MoSi2等；3.多層金屬互聯(lián)的一般工藝流程，接觸層和互聯(lián)層通常采用的金屬材料和介質(zhì)材料。金屬一般為鋁(Al)，鋁銅(AlCu)合金，鋁硅銅合金(AlSiCu)以及銅(Cu)；介質(zhì)一般為本征的SiO2，SiN；接觸孔填塞材料一般有Ti，TiN和W；4.化學(xué)機械拋光CMP介質(zhì)材料和金屬材料對研磨機酸堿度的要求。介質(zhì)材料CMP：pH值10-12金屬材料CMP：pH值2-6九、典型工藝流程1.埋層雙極晶體管的制作流程和版圖