半導體工藝復習題

1、填空20 簡答20 判斷10 綜合50第一單元1.一定溫度，雜質在晶體中具有最大平衡濃度，這一平衡濃度就稱為什么？固溶度2.按制備時有無使用坩堝分為兩類，有坩堝分為？無坩堝分為？（P24）有坩堝：直拉法、磁控直拉法無坩堝：懸浮區(qū)熔法3.外延工藝按方法可分為哪些？（P37）氣相外延、液相外延、固相外延和分子束外延4.Wafer的中文含義是什么？目前常用的材料有哪兩種？晶圓；硅和鍺5.自摻雜效應與互擴散效應（P47-48）左圖：自摻雜效應是指高溫外延時，高摻雜襯底的雜質反擴散進入氣相邊界層，又從邊界層擴散摻入外延層的現(xiàn)象。自摻雜效應是氣相外延的本征效應，不可能完全避免。自摻雜效應的影響：改變外延層

2、和襯底雜質濃度及分布對p/n或n/p硅外延，改變pn結位置右圖：互（外）擴散效應：指高溫外延時，襯底中的雜質與外延層中的雜質互相擴散，引起襯底與外延層界面附近的雜質濃度緩慢變化的現(xiàn)象。不是本征效應，是雜質的固相擴散帶來（低溫減小、消失）6.什么是外延層？為什么在硅片上使用外延層？1)在某種情況下，需要硅片有非常純的與襯底有相同晶體結構的硅表面，還要保持對雜質類型和濃度的控制，通過外延技術在硅表面沉積一個新的滿足上述要求的晶體膜層，該膜層稱為外延層。2)在硅片上使用外延層的原因是外延層在優(yōu)化pn結的擊穿電壓的同時降低了集電極電阻，在適中的電流強度下提高了器件速度。外延在CMOS集成電路中變得重要

3、起來，因為隨著器件尺寸不斷縮小它將閂鎖效應降到最低。外延層通常是沒有玷污的。7.常用的半導體材料為何選擇硅？1）硅的豐裕度。硅是地球上第二豐富的元素，占地殼成分的25%；經(jīng)合理加工，硅能夠提純到半導體制造所需的足夠高的純度而消耗更低的成本。2）更高的熔化溫度允許更寬的工藝容限。硅 1412>鍺 937。3）更寬的工作溫度。用硅制造的半導體件可以用于比鍺 更寬的溫度范圍，增加了半導體的應用范圍和可靠性。 4）氧化硅的自然生成。氧化硅是一種高質量、穩(wěn)定的電絕緣材料，而且能充當優(yōu)質的化學阻擋層以保護硅不受外部沾污；氧化硅具有與硅類似的機械特性，允許高溫工藝而不會產生過度的硅片翹曲。8.液相摻雜

4、濃度計算（P29）第二單元1.二氧化硅結構中的氧原子可分為哪幾種？（P66）橋鍵氧原子和非橋鍵氧原子2.SiO2的掩蔽作用硅襯底上的SiO2作掩膜要求雜質在SiO2層中的擴散深度Xj小于SiO2本身的厚度XSiO2掩蔽條件SiO2作掩膜的最小厚度3.雜質在硅中的擴散方式有哪些？恒定表面源擴散和限定表面源擴散4.半導體工藝技術的主要摻雜工藝包括哪兩種？擴散和離子注入5.注入離子在耙內的能量損失的過程？（P130）注入離子在靶內的能量損失分為兩個彼此獨立的過程：核碰撞（nuclear stopping）和電子碰撞 （electronic stopping）6.氧化物有哪兩個生長階段？（P77）化學

5、反應控制階段和擴散控制階段7.離子注入是唯一能夠精確控制摻雜的手段（）8.什么是雜質分凝效應和分凝系數(shù)？（P87）任何一種雜質在不同相中的溶解度是不相同的，當兩個相緊密接觸時，原來存在某一相中的雜質將在兩相之間重新分配，直到在兩相中濃度比為某一常數(shù)為止，即在界面兩邊的化學勢相等，這種現(xiàn)象稱為分凝現(xiàn)象。分凝系數(shù)是衡量分凝效應強弱的參數(shù)。9.離子注入能夠重復控制雜質的濃度和深度，因而在幾乎所有應用中都優(yōu)于擴散。（×）10.硅中的雜質只有一部分被真正激活，并提供用于導電的電子和空穴（大約3%-5%），大多數(shù)雜質仍然處在間隙位置，沒有被電學激活。（）11.離子注入會將原子撞擊出晶格結構而損失

6、硅片晶格，高溫退火過程能使硅片中的損傷部分或者絕大部分得到消除，摻入的雜質也能得到一定比例的電激活。（）12.什么是擴散工藝？（P98）擴散是微電子工藝中最基本的工藝之一，是在約1000的高溫、p型或n型雜質氣氛中，使雜質向襯底硅片的確定區(qū)域內擴散，達到一定濃度，實現(xiàn)半導體定域、定量摻雜的一種工藝方法，也稱為熱擴散。13.氧化增強擴散/氧化阻滯擴散氧化增強擴散：硼在氧化氣氛中的擴散存在明顯增強現(xiàn)象，磷、砷也有此現(xiàn)象。原因是氧化誘生堆垛層錯產生大量自填隙Si，間隙-替位式擴散中的“踢出”機制提高了擴散系數(shù)。氧化阻滯擴散：銻擴散是以替位方式進行，氧化堆垛層錯帶來的自填隙硅填充了空位，減少了空位濃度

7、。銻在氧化氣氛中的擴散卻被阻滯。14.什么是溝道效應？抑制方法？1）溝道效應：襯底為單晶材料，離子束準確的沿著晶格方向注入，幾乎不會受到原子核的散射，其縱向分布峰值與高斯分布不同。一部分離子穿過較大距離。2）抑制方法：硅片偏轉一定角度注入使用質量較大的原子注入 大劑量注入（形成非晶層）隔介質膜注入15.離子注入后為什么要退火？（P146）1）氧化生成保護膜2）離子再分布，減小雜質濃度差3）修復損傷4）激活注入雜質第三單元1.APCVD、LPCVD、PECVD和HDPCVD中文名稱分別是？常壓化學氣相淀積、低壓化學氣相淀積、等離子增強化學氣相淀積和高密度等離子體化學氣相淀積2.目前較常用的化學氣

8、相淀積工藝方法是？3.CVD反應器的冷壁反應物只加熱硅片和硅片支持物。（）4.CVD是利用某種物理過程，例如蒸發(fā)或者濺射現(xiàn)象實現(xiàn)物質的轉移即原子或分子由源轉移到襯底（硅）表面上，并淀積成薄膜。（×）5.氣體直流輝光放電分為哪幾個區(qū)？其中輝光放電區(qū)包括哪幾個區(qū)？濺射區(qū)域選擇在哪個區(qū)？（P176）分為暗流區(qū)，湯生放電區(qū)，輝光放電區(qū)，電弧放電區(qū)輝光放電區(qū)分為c-d：前期輝光放電區(qū)d-e：正常輝光放電區(qū)e-f：反常輝光放電區(qū)其中濺射選定區(qū)域在反常輝光放電區(qū)6.熱蒸發(fā)制備薄膜的過程有哪些？（P212）準備抽真空預蒸蒸發(fā)取片7.蒸發(fā)的最大缺點是不能產生均勻臺階覆蓋，但是可以比較容易的調整淀積合金

9、的組分（×）8.LPCVD緊隨PECVD的發(fā)展而發(fā)展，由660降到450，采用增強的等離子體，增加淀積能量，即低壓和低溫。（×）9. 臺階覆蓋與接觸孔口（P225）準直濺射技術是在高真空濺射時，在襯底正上方插入一塊有高縱橫比孔的平板，稱為準直器。濺射原子的平均自由程足夠長，則在準直器與襯底之間幾乎不會發(fā)生碰撞。因此只有速度方向接近于垂直襯底表面的濺射原子才能通過準直器上的孔到達襯底表面，而且這些原子更可能淀積在接觸孔的底部，這樣就不會因接觸孔頂兩拐角的接近（甚至接觸）造成到達底部濺射原子過少，從而出現(xiàn)孔底角出薄膜太?。ㄉ踔敛幌噙B）的現(xiàn)象。10.什么是CVD中的氣缺現(xiàn)象？解決

10、氣缺現(xiàn)象的措施？1）氣缺現(xiàn)象：一個入氣口的反應室，沿氣流方向反應劑不斷消耗，濃度降低，因此膜厚不均。當氣體反應劑被消耗而出現(xiàn)的反應劑濃度改變的現(xiàn)象。2）解決措施：在水平方向上逐漸提高溫度來加快反應速度，從而提高淀積速率，補償氣缺效應的影響，減小各處淀積厚度差別。采用分布式的氣體入口，就是反應劑氣體通過一系列氣體口注入列反應室中。需要特殊設計的淀積室來限制注入氣體所產生的氣流交叉效應。增加反應室中的氣流速度。第四、五單元1.顯影時，正膠和負膠的哪個區(qū)發(fā)生溶解？而哪個區(qū)則不會溶解。（P239）正膠的曝光區(qū)和負膠的非曝光區(qū)的光刻膠在顯影液中溶解，而正膠的非曝光區(qū)和負膠的曝光區(qū)的光刻膠則不會在顯影液中

11、溶解（或很少溶解）。2.根據(jù)成像結果的不同，光刻膠可分為哪兩種類型，其中哪種成本較低且應用較早？正光刻膠和負光刻膠；負光刻膠。3.負性光刻？正性光刻？負性光刻：把與掩膜版上圖形相反的圖形復制到硅片上。正性光刻：把與掩膜版上圖形相同的圖形復制到硅片上。兩種工藝的區(qū)別：所用光刻膠不同。4.最早應用在半導體光刻工藝中的光刻膠是哪種膠？負光刻膠5.光刻的本質是什么？光刻就是將掩膜版（光刻版）上的幾何圖形轉移到覆蓋在半導體襯底表面的對光輻照敏感的薄膜材料（光刻膠）上去的工藝過程。6.CD是什么？芯片上的物理尺寸特征被稱為關鍵尺寸，即CD7.什么是干法刻蝕？什么是濕法刻蝕？比較二者的優(yōu)缺點。1）干法腐蝕是

12、應用等離子技術的腐蝕方法，刻蝕氣體在反應器中等離子化，與被刻蝕材料反應（或濺射），生成物是氣態(tài)物質，從反應器中被抽出。濕法刻蝕是化學腐蝕，晶片放在腐蝕液中（或噴淋），通過化學反應去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜圖形。2）干法刻蝕與濕法刻蝕比較，優(yōu)點：保真度好，圖形分辨率高；濕法腐蝕難的薄膜如氮化硅等可以進行干法刻蝕。清潔性好，氣態(tài)生成物被抽出；無濕法腐蝕的大量酸堿廢液。缺點：設備復雜選擇比不如濕法8.接觸是由導電材料如鋁，多晶硅或銅制成的連線將電信號傳輸?shù)叫酒牟煌糠?。?#215;）9.干法刻蝕有哪幾種？相應的內容是什么？（P290）物理性刻蝕、化學性刻蝕和物理化學性刻蝕。1）物理性刻蝕-

13、濺射刻蝕：等離子體中的離子或高能原子對襯底進行轟擊，濺射出襯底原子，形成掩蔽膜圖形。2）化學性刻蝕：腐蝕氣體等離子化，活性物F.、CF。x與氮化硅、多晶硅等被刻蝕薄膜發(fā)生化學反應，生成物被真空泵排除。3) 物理化學性刻蝕（RIE）： RIE是等離子化學性刻蝕和濺射物理性刻蝕現(xiàn)象同時作用的刻蝕，實際是離子輔助刻蝕。10.金屬導電層和絕緣介質層兩部分組成什么系統(tǒng)？（P310）多層互連系統(tǒng)11.有光刻膠覆蓋硅片的三個生產區(qū)域分別為光刻區(qū)、刻蝕區(qū)和擴散區(qū)。（）12.曝光后烘焙，簡稱后烘，其對傳統(tǒng)I線光刻膠是必需的。（）13.畫圖并說明集成電路的光刻板的制版工藝流程。（P245）1）版圖繪制：在版圖設計

14、完成后，一般將其放大100-1000倍（通常為500倍），在坐標紙上畫出版圖總圖。2）刻分層圖：生產過程中需要幾次光刻板，總圖上就含有幾個層次的圖形。為了分層制出各次光刻版，首先分別在表面貼有紅色膜的透明聚酯塑料膠片（稱為紅膜）的紅色薄膜層上刻出各個層次的圖形，揭掉不要的部分形成紅膜表示的各層次圖形。這一步又稱為刻紅膜。3）初縮：對紅膜圖形進行第一次縮小，得到大小為最后圖形十倍的各層初縮版。其過程與照相完全一樣。4）精縮兼分布重復：一個大圓片硅片上包含有成百上千的管芯，所用的光刻版上當然就應重復排列有成百上千個相同的圖形。因此本步任務有兩個，一是將初縮版的圖形進一步縮小為最后的實際大小，并同時

15、進行分布重復。二是得到可用于光刻的正式掩膜版。直接由精縮兼分步重復得到的稱為母版。5）復?。涸诩呻娐飞a的光刻過程中，掩膜版會受磨損產生傷痕。使用一定次數(shù)后就要換用新掩膜版。因此同一掩膜工作版的需要數(shù)量是很大的，若每次工作版都采用精縮得到的母版是很不經(jīng)濟的。因此在得到母版后要采用復印技術復制多塊工作掩膜版供光刻使用。14.名字解釋掩膜版掩模版就是將設計好的特定幾何圖形通過一定的方法以一定的間距和布局做在基版上，供光刻工藝中重復使用。15. 識別該圖所示工藝，寫出每個步驟名稱并進行描述1）氣相成底膜：清洗、脫水，脫水烘焙后立即用HMDS進行成膜處理，起到粘附促進劑的作用。 2）涂膠：采用旋轉涂

16、膠的方法涂上液相光刻膠材料。3）前烘：其目的是除去光刻膠中的溶劑。 4）對準和曝光：掩模板與涂了膠的硅片上的正確位置對準。然后將掩模板和硅片曝光。 5）曝光后烘焙：深紫外（DUV）光刻膠在100-110的熱板上進行曝光后烘焙。 6）顯影：是在硅片表面光刻膠中產生圖形的關鍵步驟。 7）堅模烘焙：要求會發(fā)掉存留的光刻膠溶劑，提高光刻膠對硅片表面的粘附性。 8）顯影后檢查：目的是找出光刻膠有質量問題的硅片，描述光刻膠工藝性能以滿足規(guī)范要求。16.解釋圖中現(xiàn)象的原因和敘述流程（P257）1）原因：正膠的曝光區(qū)和負膠的非曝光區(qū)的光刻膠在顯影液中溶解，而正膠的非曝光區(qū)和負膠的曝光區(qū)的光刻膠則不會在顯影液中溶解。正膠由以下物質組成：堿溶性的酚醛樹脂，光敏性鄰重氮醌和溶劑二甲苯等。顯影液是