硅集成提綱講述

1、 集成電路工藝基礎(chǔ)復(fù)習(xí)提綱氧化1、 sio2的特性 二氧化硅對硅的粘附性好，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，絕緣性好2、 sio2的結(jié)構(gòu)，分為哪兩種 結(jié)晶形與不定形二氧化硅3、 什么是橋鍵氧和非橋鍵氧 連接兩個(gè)Si-o四面體的氧稱為橋鍵氧；只與一個(gè)硅連接的氧稱為非橋鍵氧。4、 在無定形的sio2中，si、o那個(gè)運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)，為什么？氧的運(yùn)動(dòng)同硅相比更容易些；因?yàn)楣枰\(yùn)動(dòng)就必須打破四個(gè)si-o鍵，但對氧來說，只需打破兩個(gè)si-o鍵，對非橋鍵氧只需打破一個(gè)si-o鍵。5、 熱氧化法生長sio2過程中，氧化生長的方向是什么？在熱氧化法制備sio2的過程中，是氧或水汽等氧化劑穿過sio2層，到達(dá)si-sio2界面，與

2、硅反應(yīng)生成sio2，而不是硅向sio2外表面運(yùn)動(dòng)，在表面與氧化劑反應(yīng)生成sio26、 Sio2只與什么酸、堿發(fā)生反應(yīng)？只與氫氟酸、強(qiáng)堿溶液發(fā)生反應(yīng)7、 雜質(zhì)在sio2中的存在形式，分別給與描述解釋，各自對sio2網(wǎng)絡(luò)的影響 能替代si-o四面體中心的硅，并能與氧形成網(wǎng)絡(luò)的雜志，稱為網(wǎng)絡(luò)形成者；存在于sio2網(wǎng)絡(luò)間隙中的雜志稱為網(wǎng)絡(luò)改變者。8、 水汽對sio2網(wǎng)絡(luò)的影響 水汽能以分子態(tài)形式進(jìn)入sio2網(wǎng)絡(luò)中，并能和橋鍵氧反應(yīng)生成非橋鍵氫氧基，本反應(yīng)減少了網(wǎng)絡(luò)中橋鍵氧的數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度減弱和疏松，使雜志的擴(kuò)散能力增強(qiáng)。9、 為什么選用sio2作為掩蔽的原因，是否可以作為任何雜質(zhì)的掩蔽材料為什么？10

3、、制備sio2有哪幾種方法？熱分解淀積法，濺射法，真空蒸發(fā)法，陽極氧化法，化學(xué)氣相淀積法，熱氧化法等。11、熱生長sio2的特點(diǎn) 硅的熱氧化法是指硅與氧氣或水汽等氧化劑，在高溫下經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成sio212、生長一個(gè)單位厚度的sio2需要消耗0.44個(gè)單位的si 13、熱氧化分為哪幾種方法？各自的特點(diǎn)是什么？干氧氧化是指在高溫下，氧氣與硅反應(yīng)生成sio2。水汽氧化是指在高溫下，硅與高純水長生的蒸汽反應(yīng)生成sio2。濕氧氧化的氧化劑是通過高純水的氧氣，高純水一般被加熱到95攝氏度左右。14、實(shí)際生產(chǎn)中選用哪種生長方法制備較厚的sio2層？采用干氧-濕氧-干氧相結(jié)合的氧化方式15、由公式2.24，2

4、.25分析兩種極限情況，給出解釋 其一是當(dāng)氧化劑在sio2中的擴(kuò)散系數(shù)Dsio2很小時(shí)（Dsio2ksx0，則的Ci0，C0C*，在這種情況下，sio2的生長速率主要由氧化劑在sio2中的擴(kuò)散速度所決定，稱這種極限情況為擴(kuò)散控制；其二，如果擴(kuò)散系數(shù)Dsio2很大，則C1=C0=C*/（1+ks/h），sio2生長速率由si表面的化學(xué)反應(yīng)速度控制，稱這種極限情況為反應(yīng)控制。16、熱氧化速率受氧化劑在sio2的擴(kuò)散系數(shù)和與si的反應(yīng)速度中較快還是較慢的影響？較慢的一個(gè)因素決定17、sio2生長厚度與時(shí)間的關(guān)系，分別解釋 x02+Ax0=B（t+），當(dāng)氧化時(shí)間很長，即t和tA2/4B時(shí)，則x02=B

5、（t+），這種情況下的氧化規(guī)律稱拋物型規(guī)律，B為拋物型速率常數(shù)，sio2的生長速率主要由氧化劑在sio2中的擴(kuò)散快慢決定；當(dāng)氧化時(shí)間很短，即（t+）A2/4B，則x0=B（t+）/A，這種極限情況下的氧化規(guī)律稱線性規(guī)律，B/A為線性速率常數(shù)，具體表達(dá)式B/A=-kshc*/(ks+h)N1。18、氧化速度與氧化劑分壓、溫度成正比?19、晶向?qū)ρ趸俾实挠绊?當(dāng)氧化溫度升高時(shí)，晶面取向?qū)€性氧化速率的影響在減小，甚至消失；如果氧化時(shí)間很長，晶面取向?qū)€性氧化速率的影響也就根本不起作用。20、解釋圖2.1521、什么是位阻現(xiàn)象？生成反應(yīng)物本身的阻擋價(jià)鍵與反應(yīng)表面的傾角導(dǎo)致反應(yīng)不能流暢無阻地進(jìn)行的現(xiàn)

6、象。22、什么是分凝現(xiàn)象？解釋硼對氧化速率的影響 si氧化后原本在si中的雜質(zhì)跑入其他材料重新排列叫做分凝現(xiàn)象；在分凝過程中有大量的硼從硅中進(jìn)入并停留在sio2中，因而sio2中非橋鍵氧的數(shù)目增加，從而降低了sio2的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，氧化劑不但容易進(jìn)入sio2，而且穿過sio2的擴(kuò)散能力也增加，因此拋物型速率常數(shù)明顯增大，而對線性速率常數(shù)沒有明顯的影響。23、為了準(zhǔn)確控制干氧試驗(yàn)為什么選用液態(tài)氧源？24、納和氯對氧化的影響 當(dāng)氧化層中如果含有高濃度鈉時(shí)，則線性和拋物型氧化速率都明顯變大；在干氧氧化的氣氛中加氯，氧化速率常數(shù)明顯變大。25、sio2和si-sio2界面中的四種類型電荷，解釋可動(dòng)離子電荷

7、的主要存在形式和危害可動(dòng)離子電荷、氧化層固定電荷、界面陷阱電荷、氧化層陷阱電荷；主要以網(wǎng)絡(luò)改變者形式存在、荷正電的堿金屬離子；閾值電壓的不穩(wěn)定、局部電場加強(qiáng)、mos管低擊穿。26、描述b-t試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟：1、初測2、加正電壓并保持300測量FB=Nm/qc0x 擴(kuò)散1、什么是擴(kuò)散？擴(kuò)散室將一定數(shù)量的某種雜志摻入到硅晶體中或其他半導(dǎo)體晶體中去，以改變點(diǎn)選性質(zhì)。并視摻入的雜志數(shù)量，分布形式和深度都滿足2、擴(kuò)散的幾種形式 間隙式和替位式擴(kuò)散3、什么是間隙式雜質(zhì)，間隙式雜質(zhì)的跳躍幾率表達(dá)式 存在于晶格間隙的雜質(zhì)稱為間隙式雜質(zhì) 表達(dá)式：Pi=0e-wi/kT4、什么是替位式雜質(zhì)，替位式雜質(zhì)的跳躍幾率表

8、達(dá)式 占據(jù)晶格位置的外來原子稱為替位式雜質(zhì)，表達(dá)式：P=0exp(wv+ws)/kT.5、為什么替位式雜質(zhì)的運(yùn)動(dòng)相比間隙式雜質(zhì)運(yùn)動(dòng)更為困難？因?yàn)樘嫖皇诫s質(zhì)首先要在近鄰出現(xiàn)空位，同時(shí)還要求靠熱漲落獲得大于勢壘高度Ws的能量才能實(shí)現(xiàn)替位運(yùn)動(dòng)。6、菲克第一定律表述形式J=-DC(x，t)/ x表述為：雜質(zhì)在擴(kuò)散流密度J正比于雜質(zhì)濃度梯度，比例系數(shù)D定義為雜質(zhì)在基體中的擴(kuò)散系數(shù)7、如何由菲克第一定律推出擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式 推導(dǎo)：在單位時(shí)間內(nèi)，替位原子由x-a/2處單位面積上跳躍x+a/2處的粒子數(shù)目為：C（x-a/2，t）Pva，而由x+a/2處單位面積上跳到x-a/2處的粒子數(shù)目為：C（x+a/2，t

9、）Pva，在t時(shí)刻，通過x處單位面積的凈粒子數(shù)目，即粒子流密度為：J（x，t）=C（x-a/2，t）Pva-C（x+a/2，t）Pva=-a2PvC（x，t）/x，由它與菲克第一定律比較：D=a2Pv，則：D=a20exp-（Ws+Wv）/kT=D0exp（-E/kT）8、菲克第二定律的表達(dá)式C(x，t)/ t=(DC(x,t)/ t)/ x9、擴(kuò)散的兩種經(jīng)典模型，各自的邊界條件和初始條件 恒定表面源擴(kuò)散：邊界條件：、C（0，t）=Cs，、C（，t）=0；初始條件：C（x，0）=0，x>0；有限表面源擴(kuò)散：邊界條件：、C（x，0）=0，x>h，、C（，t）=0，初始條件：C（x，0

10、）=Cs（0）=Q/h，0xh。10、恒定源擴(kuò)散的雜質(zhì)濃度服從什么分布，其缺點(diǎn)？余誤差函數(shù)分布，缺點(diǎn)很難通過溫度來達(dá)到控制表面濃度Cs的目的。11、有限表面源擴(kuò)散雜質(zhì)濃度服從什么分布？任何時(shí)刻的表面濃度是什么？高斯函數(shù)分布，Cs（t）=C（0，t）=Q/Dt p012、為什么要用兩步擴(kuò)散法？希望得到低表面濃度的摻雜，但高溫下雜質(zhì)將發(fā)生固溶，使得表面濃度Cs大大高于預(yù)期值。13、解釋為什么在氧化層下方擴(kuò)散能力得到加強(qiáng)？通過空位和間隙兩種機(jī)制，在氧化界面附近產(chǎn)生大量間隙原子，過剩的間隙原子向內(nèi)擴(kuò)散同時(shí)，不斷與空位復(fù)合，過剩的間隙原子濃度隨溫度而降低，表面處過剩間隙原子和替位原子相互作用，以替位-間

11、隙交替運(yùn)動(dòng)。14、什么是二維擴(kuò)散？工藝生產(chǎn)中有什么啟示 橫向擴(kuò)散與縱向擴(kuò)散同時(shí)進(jìn)行的擴(kuò)散稱為二維擴(kuò)散。啟示：由于橫向擴(kuò)散的存在，實(shí)際擴(kuò)散區(qū)域要比二氧化硅窗口的尺寸大，其后果是硅內(nèi)擴(kuò)散區(qū)域之間的實(shí)際距離比由光刻版所確定的尺寸要小。離子注入1、離子注入的主要特點(diǎn)（優(yōu)于擴(kuò)散的） 純度高；精確控制注入到硅中的摻雜原子數(shù)目；低溫，工藝靈活對化合物半導(dǎo)體傷害??；摻雜深度可通過控制離子束能量高低來實(shí)現(xiàn)；襯底溫度較低；不受雜質(zhì)在襯底材料中的固溶度限制；橫向效應(yīng)比熱擴(kuò)散小。2、什么是lss模型 注入離子在靶內(nèi)的能量損失分為兩個(gè)彼此獨(dú)立的過程：1、核碰撞（核阻止），2、電子碰撞（電子阻止），總能量損失是他們的和。

12、3、核阻止和電子阻止分別可視為哪兩種模型？核阻止在電子屏蔽和庫侖力作用下的彈性小球碰撞；電子阻止類似于黏滯氣體的阻力。4、解釋圖4.2、4.55、注入離子的能量分為三個(gè)區(qū)域，分別作出解釋 低能區(qū)：在這個(gè)區(qū)域中核阻止本領(lǐng)占主要地位，電子阻止可以被忽略。中能區(qū)：在一個(gè)比較寬的區(qū)域中，核阻止本領(lǐng)和電子阻止本領(lǐng)同等重要，必須同時(shí)考慮。高能區(qū)：在這個(gè)區(qū)域中，電子阻止本領(lǐng)占主要地位，核阻止本領(lǐng)可以忽略。6、什么是溝道效應(yīng)？怎么避免？當(dāng)離子注入的方向與靶晶體的某個(gè)晶向平行時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)注入深度大于在無定形靶中的深度的現(xiàn)象叫溝道效應(yīng)。第一、偏移晶向一定的角度；第二、在靶材料表面覆蓋一層無定形材料薄膜。7、離子注

13、入怎樣形成淺結(jié)？預(yù)先非晶化是一種是吸納淺潔的比較理想方法。在注入離子之前，先以重離子高劑量注入，使硅表面變?yōu)榉蔷У谋砻鎸?，這種方法可以是溝道效應(yīng)減到最小，與重?fù)p傷注入層相比，完全非晶化層在退火后有更好的晶體質(zhì)量。8、注入離子與靶原子碰撞時(shí)出現(xiàn)的幾種情況 第一、若傳遞能量Ed，那么，就不可能有移位原子產(chǎn)生。被碰原子只在平衡位置振動(dòng)，將獲得的能量以振動(dòng)能的形式傳遞給近鄰原子，表現(xiàn)為宏觀的熱量。第二、在碰撞過程中，靶原子獲得的能量大于Ed而小于2Ed，那么被碰原子本身可以離開晶格位置。稱為移位原子，并留一個(gè)空位。第三、被碰原子本身移位之后，還具有很高的能量，在它的運(yùn)動(dòng)過程中，還可以使它碰撞的原子發(fā)生

14、移位。9、什么是級聯(lián)碰撞？移位原子與入射離子碰撞而發(fā)生移位的原子，稱為第一級反沖原子。與第一級反沖原子碰撞而移位的原子稱為第二級反沖原子，依次類推，這種不斷碰撞的現(xiàn)象叫級聯(lián)碰撞。10、注入離子在si襯底產(chǎn)生哪幾種損傷？第一、在原本為完美晶體的硅中產(chǎn)生孤立的點(diǎn)缺陷或者缺陷群；第二、在晶體中形成局部的非晶區(qū)域；第三、由于注入離子引起損傷的積累而形成非晶層。11、以B和AS為例計(jì)算80kev的輕離子與重離子對si襯底產(chǎn)生的損傷百分比12、離子注入產(chǎn)生哪幾種損傷？第一、簡單晶格缺陷；第二、非晶層13、退火的目的是什么？消除晶格損傷，并使注入的雜質(zhì)轉(zhuǎn)入替位位置以實(shí)現(xiàn)它激活。14、什么是熱退火？如果將注入

15、有離子的硅片在一定溫度下，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間的熱處理，則Si片中的損傷就可能部分或絕大部分得到消除，少數(shù)載流子的壽命以這遷移率也會(huì)不同程度的得到恢復(fù)，摻入的雜質(zhì)也得到一定比例的激活，這樣的處理過程叫熱退火。15、熱退火的機(jī)理（分無定形和非無定形區(qū)域兩種作用機(jī)理，見筆記）16、解釋圖4.17 教材108頁17、常規(guī)退火的缺點(diǎn)（快速退火的目的）不能完全消除缺陷，而且又會(huì)產(chǎn)生二次缺陷，高劑量注入時(shí)的電激活率也不夠高；增加表面污染，雜質(zhì)再分布，破壞了離子注入技術(shù)固有優(yōu)點(diǎn)，硅片變形。18、離子注入機(jī)中，怎樣選擇所需要的離子？離子源離子分析器加速管掃描系統(tǒng)工藝室19、什么是硅片充電？如何解決（二次電子噴淋）？2

16、0、如果電荷數(shù)為1的正離子，在電勢差200kev的電場中運(yùn)動(dòng)，它的能量是多少？21、什么是投影射程？cvd1、 cvd的基本步驟 1、反應(yīng)劑氣體以合理的流速被輸送到反應(yīng)室內(nèi)，氣流從入口進(jìn)入反應(yīng)室并以平流形式向出口流動(dòng)；2、反應(yīng)劑從主流區(qū)以擴(kuò)散方式通過邊界層到達(dá)襯底表面，邊界層是主氣流區(qū)與硅片表面之間氣流速度受到擾動(dòng)的氣體薄層；3、反應(yīng)劑被吸附在硅片的表面，成為吸附原子；4、吸附原子在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成薄膜的基本元素并淀積成薄膜；5、化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物和未反應(yīng)的反應(yīng)劑離開襯底表面，進(jìn)入流區(qū)被排除系統(tǒng)。2、 cvd必須滿足的幾點(diǎn)要求 1、在淀積溫度下，反應(yīng)劑必須具備足夠高的蒸汽壓；2、處

17、淀積物外，反應(yīng)的其他產(chǎn)物必須是揮發(fā)性的；3、淀積物本身必須具有足夠低的蒸汽壓，這樣才能保證在整個(gè)淀積過程中，薄膜能夠始終留在襯底表面上；4、薄膜淀積所用的時(shí)間應(yīng)該盡量短以滿足高效率和低成本的要求；5、淀積溫度必須足夠低以避免對先前工藝產(chǎn)生影響；6、CVD不允許化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)副產(chǎn)物進(jìn)入薄膜中；7、化學(xué)反應(yīng)應(yīng)該發(fā)生在被加熱的襯底表面，如果在氣相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將導(dǎo)致過早核化，降低了薄膜的附著性和密度，增加了薄膜的缺陷，降低了淀積速度，浪費(fèi)反應(yīng)氣體。3、 邊界層理論中描述了兩個(gè)梯度，分別是什么？怎么產(chǎn)生的？由于氣體壓力產(chǎn)生摩擦力氣流運(yùn)動(dòng)速率下降垂直于氣流運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生一個(gè)速度梯度；化學(xué)反應(yīng)表面反應(yīng)氣體濃

18、度下降垂直于氣流運(yùn)動(dòng)反向產(chǎn)生一個(gè)濃度梯度。1、氣相輸運(yùn)過程2、表面化學(xué)反應(yīng)過程。4、 Cvd過程主要受到那兩個(gè)工藝控制? 1、氣相輸運(yùn)過程2、表面化學(xué)反應(yīng)過程。5、 由公式6.7解釋兩種極限情況 p-1426、 公式6.9和6.11的兩個(gè)重要結(jié)論 G與Cg成正比，G與Y成正比；在Cg或者Y常數(shù)時(shí)，薄膜淀積速率將由ks和hg中較小的一個(gè)決定。7、 結(jié)合圖6.6、6.7解釋溫度和輸運(yùn)系數(shù)hg對淀積速率的影響 T對G，T時(shí)，kshg質(zhì)量輸運(yùn)控制；T時(shí)，kshg表面化學(xué)控制；hg的影響，G增加，增大um或降低ss8、 Grove模型給出了我們哪兩種思路的cvd系統(tǒng) 1、表面化學(xué)反應(yīng)控制CVD；2、質(zhì)量

19、輸運(yùn)控制CVD。 光刻1、 為什么光刻是半導(dǎo)體工藝中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)？2、 Ulsi中對光刻的幾點(diǎn)要求 1、高分辨率2、高靈敏度的光刻膠3、低缺陷4、精密的套刻對準(zhǔn)5、對大尺寸硅片的加工。3、 涂膠前的si片處理方法 一般需要經(jīng)過脫水烘焙并涂上用來增加光刻膠與硅片附著能力的化合物。4、 一般采用哪種方式涂膠？轉(zhuǎn)速對涂膠有什么影響？旋轉(zhuǎn)涂膠；選擇不同的光刻膠盒合適的旋轉(zhuǎn)速度可以得到所對應(yīng)工藝所需膠膜。5、 前烘的作用（三點(diǎn)） 1、去除部分溶劑2、降低應(yīng)力3、降低玷污。6、 前烘時(shí)間和溫度控制不合適對光刻的影響 溫度過低溶劑含量高，延長前哄時(shí)間，降低工作效率。溫度過高膠變性。7、 最優(yōu)的前烘技術(shù)

20、是？ 真空熱平板烘烤8、 曝光的工藝原理（p214） 1正膠：DQ(曝光) 乙炔酮ICA羧酸（顯影液，堿性）中和反應(yīng) 2負(fù)膠，樹脂戊二烯（有機(jī)溶劑，光照，感光劑）自由基連接戊二烯形成交聯(lián)9、 影響顯影效果的主要因素 1曝光時(shí)間2前烘的溫度和時(shí)間 3光刻膠的膜厚 4顯影液的濃度 5顯影液的溫度 6顯影液的攪動(dòng)情況等10、 堅(jiān)膜的主要作用 除去光刻膠中剩余的溶劑，增強(qiáng)光刻膠對硅片表面的附著力，同時(shí)提高光刻膠在刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性和保護(hù)能力。11、 分別描述去膠的幾種方法 濕法和干法12、 列出光刻膠的基本屬性13、 解釋圖8.8、8.9、8.10 p-22614、 干法和濕法腐蝕的各自優(yōu)缺

21、點(diǎn) 濕法：優(yōu)點(diǎn)：1、操作簡單；2、成本低 缺點(diǎn)：1、形貌不好控，不適合大高度圖形加工。干法：優(yōu)點(diǎn)：圖形形貌好，缺點(diǎn)：成本高，損傷。金屬化與多層互連1、 金屬化的用途 柵電極材料作為器件的一個(gè)組成部分，對器件的性能起著重要作用，互連材料其作用是將同一芯片內(nèi)部各個(gè)獨(dú)立的元器件連接成具有一定功能的電路模塊接觸材料直接與半導(dǎo)體材料接觸，并提供電路模塊與外部的連接點(diǎn)多晶硅可通過改變摻雜的類型和濃度來調(diào)節(jié)功函數(shù)，多晶硅與柵氧化層又具有很好的界面特性，而且多晶硅柵工藝還具有源漏自對準(zhǔn)等特點(diǎn)。2、 集成電路中金屬材料的基本要求1、與n+，p+硅或多晶硅能形成低阻的歐姆接觸，即金屬硅接觸電阻要小，能提供低阻的互

22、連引線，從而有利于提高電路速度；2、長時(shí)期在較高電流密度負(fù)荷下，金屬材料的輸運(yùn)問題不致引起金屬引線失效，即抗電遷移性能要好；3、與絕緣體，如sio2有良好的附著性；4、耐腐蝕；5、易于淀積和刻蝕；6、易于鍵合，而且鍵合點(diǎn)能長期工作；7、多層互連要求層與層之間的絕緣體性要好，層間不發(fā)生互相滲透和擴(kuò)散，即要求有一個(gè)擴(kuò)散阻擋層等。3、 AL適合集成電路制造的特性 1、室溫下的電阻率僅為2.7·cm；2、與n+和p+硅或多晶硅的歐姆接觸電阻可低至10-6/cm2；3、與硅和磷硅玻璃的附著性很好；4、易于淀積和刻蝕。4、 Al-si接觸中誰向?qū)Ψ綌U(kuò)散？si在Al中擴(kuò)散。5、 結(jié)合問題4和公式9.11描述為什么會(huì)產(chǎn)生尖楔現(xiàn)象6、 結(jié)合圖9.4解釋為什么厚sio2膜的尖楔現(xiàn)象較為突出？7、 解決尖楔現(xiàn)象的方法 為了解決Al的尖楔問題，一般用Al-si合金代替純Al作為接觸和互連材料。8、 什么是電遷移現(xiàn)象？在不改變al材料的情況下解決方法 電遷移現(xiàn)象本質(zhì)是導(dǎo)體原子與通過該導(dǎo)體電子流之間存在相互作用，當(dāng)一個(gè)