硅集成電路復(fù)習(xí)資料

1、硅集成電路工藝基礎(chǔ)考試復(fù)習(xí)題，完全更新版。來源：陳萌的日志集成電路工藝基礎(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Si-o四面體的氧稱為橋鍵氧；只與一個硅連接的氧稱 為非橋鍵氧。4、 在無定形的sio2中，si、o那個運動能力強，為什么？氧的運動同硅相比更容易些；因 為硅要運動就必須打破四個si-o鍵，但對氧來說，只需打破兩個si-o鍵，對非橋鍵氧只需打 破一個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

2、汽等氧化劑穿過 sio2層，到達(dá)si-sio2界面，與硅反應(yīng)生成 sio2，而不是硅向sio2外表 面運動，在表面與氧化劑反應(yīng)生成sio26、SiC2只與什么酸、堿發(fā)生反應(yīng)？只與氫氟酸、強堿溶液發(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si。？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Si02網(wǎng)絡(luò)間隙中的雜志稱為網(wǎng)絡(luò)改變者。&水汽對sio2網(wǎng)絡(luò)的影響水汽能以分子態(tài)形式進入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)強度減弱和疏松，使雜志的擴散能力增強。9、為什么選用sio2作

3、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、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、 生長一個單位厚度的si02需要消耗0.44個單位的si13、 熱氧化分為哪幾種方法？各自的特點是什么？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、 實際生產(chǎn)中選用哪種生長方法制備較厚的siO

4、2層？采用干氧-濕氧-干氧相結(jié)合的氧化方 式15、 由公式2.24，2.25分析兩種極限情況，給出解釋其一是當(dāng)氧化劑在sio2中的擴散系數(shù)Dsio2很小時(Dsio2ksxo,則的C 0, COT C*，在這種情況下，siO2的生長速率主要由氧化 劑在siO2中的擴散速度所決定，稱這種極限情況為擴散控制；其二，如果擴散系數(shù)Dsio2很大，則G=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 慢的一個因素決定17、 siO2生長厚度與時間的關(guān)系，

5、分別解釋Xo2+Axo=B (t+ T,當(dāng)氧化時間很長，即t甸叭A2/4B時，貝U X02=B (t+ 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中的擴散快慢決定；當(dāng)氧化時間很短，即( t+ TA2/4B，則X0=B (t+ 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俾实挠绊懏?dāng)氧化溫度升高時，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

6、、解釋圖 2.1521、什么是位阻現(xiàn)象？生成反應(yīng)物本身的阻擋價鍵與反應(yīng)表面的傾角導(dǎo)致反應(yīng)不能流暢無阻 地進行的現(xiàn)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)強度，氧化劑不但容易進入sio2，而且穿過sio2的擴散能力也增加，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，則線性和拋物型氧化速率都明顯 變

7、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，解釋可動離子電荷的主要存在形式和危害可動離子電荷、 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、mos 管低擊穿。26、 描述b-t試驗實驗步驟： 1初測2、加正電壓并保持 300C測量 AFNm/qcox 擴散1、什么是擴散？擴散室將一定數(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、擴散的幾種形式間隙式和替位式擴散3、什么是間隙式雜質(zhì)，間隙

8、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： P= Ye-Wi/kT4、什么是替位式雜質(zhì)，替位式雜質(zhì)的跳躍幾率表達(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= Yexp(Wv+Ws)/kT.5、為什么替位式雜質(zhì)的運動相比間隙式雜質(zhì)運動更為困難？因為替位式雜質(zhì)首先要在近鄰 出現(xiàn)空位，同時還要求靠熱漲落獲得大于勢壘高度 Ws 的能量才能實現(xiàn)替位運動。6、 菲克第一定律表述形式J=-DC(x, t)/ ?x表述為：雜質(zhì)在擴散流密度J正比于雜質(zhì)濃度梯度，比例系數(shù)D定義為雜質(zhì)在基體中的擴散系數(shù)7、 如何由菲克第一定律推出擴散系數(shù)的表達(dá)式推導(dǎo)：在單位時間內(nèi)，替位原子由x-

9、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) Pva，在t時刻，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=-a2Pv?C (x,t)/?x,由它與菲克第一定律比較： D=a2Pv，則：D=a2uexp- (Ws+Wv) /kT=D°exp (- E/kT8、 菲克第二定律的表達(dá)式?C(x, t)/ ?t=?(D?C(x,t)/ ?t)/ ?x9、 擴散的兩種經(jīng)典模型,各自的

10、邊界條件和初始條件恒定表面源擴散：邊界條件： 、C(0, t)=Cs，、CO,t)=0;初始條件：C (x,0)=0,x>0;有限表面源擴散：邊界條件：、C (x,0)=0,x>h,、C (a, t) =0,初始條件：C (x,0)=Cs(0)=Q/h , 0<x< h。10、 恒定源擴散的雜質(zhì)濃度服從什么分布,其缺點？余誤差函數(shù)分布, 缺點很難通過溫度來 達(dá)到控制表面濃度 Cs的目的。11、有限表面源擴散雜質(zhì)濃度服從什么分布？任何時刻的表面濃度是什么？高斯函數(shù)分布,Cs (t) =C (0, t) =Q/ V n Dt p > 012、 為什么要用兩步擴散法？希

11、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散能力得到加強？通過空位和間隙兩種機制，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)擴散同時， 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-間隙交替運動。14、什么是二維擴散？工藝生產(chǎn)中有什么啟示橫向擴散與縱向擴散同時進行的擴散稱為二維 擴散。 啟示：由于橫向擴散的存在， 實際擴散區(qū)域要比二氧化硅窗口的尺寸大， 其后果是硅 內(nèi)擴散區(qū)域之間的實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（優(yōu)于擴散的

12、）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彼此獨立的過程：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。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區(qū)域，分別作出解釋低能區(qū)：在這個區(qū)域中核阻止本領(lǐng)占主要 地位， 電子阻止可以被忽略。

13、 中能區(qū)： 在一個比較寬的區(qū)域中， 核阻止本領(lǐng)和電子阻止本領(lǐng) 同等重要，必須同時考慮。高能區(qū)：在這個區(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晶向平行時，就會出現(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谋砻鎸樱?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。&注入離

14、子與靶原子碰撞時出現(xiàn)的幾種情況第一、若傳遞能量vEd,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，將獲得的能量以振動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,在它的運動過程中,還可以使它碰撞的原子發(fā)生移位。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)

15、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)入替位位置以實現(xiàn)它激活。14、什么是熱退火？如果將注入有離子的硅片在一定溫度下,經(jīng)過適當(dāng)時間的熱處理,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

16、叫熱退火。15、熱退火的機理（分無定形和非無定形區(qū)域兩種作用機理,見筆記）16、解釋圖 4.17 教材 108 頁17、常規(guī)退火的缺點（快速退火的目的）不能完全消除缺陷，而且又會產(chǎn)生二次缺陷，高劑 量注入時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， 硅片變形。18、離子注入機中，怎樣選擇所需要的離子？離子源t離子分析器t加速管t掃描系統(tǒng)t工藝室19、什么是硅片充電？如何解決（二次電子噴淋）？20、如果電荷數(shù)為 1 的正離子，在電勢差 200kev 的電場中運動，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

17、流速被輸送到反應(yīng)室內(nèi)，氣流從入口進入反應(yīng) 室并以平流形式向出口流動； 2、反應(yīng)劑從主流區(qū)以擴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， 進入流區(qū)被排除系統(tǒng)。2、cvd 必須滿足的幾點要求 1、在淀積溫度下，反應(yīng)劑必須具備足夠高的蒸汽壓； 2、處 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 樣才能保證在整個淀積過程中，薄膜能夠始終留在襯

18、底表面上； 4、薄膜淀積所用的時間應(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，浪費反應(yīng)氣體。3、邊界層理論中描述了兩個梯度，分別是什么？怎么產(chǎn)生的？由于氣體壓力t產(chǎn)生摩擦力T氣流運動速率下降T垂直于氣流運動方向產(chǎn)生一個速度梯度；化學(xué)反應(yīng)T表面反應(yīng)氣體濃度下降t垂直于氣流運動反向產(chǎn)生一個濃度梯度。1、氣相輸運過程2、表面化學(xué)反應(yīng)過程。4、 Cvd過程主要受

19、到那兩個工藝控制 ？ 1、氣相輸運過程 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, 薄膜淀積速率將由ks和hg中較小的一個決定。7、 結(jié)合圖6.6、6.7解釋溫度和輸運系數(shù) hg對淀積速率的影響 T對G, T時，kshgT質(zhì) 量輸運控制；T時，kshgT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)量輸運 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環(huán)節(jié)？

20、2、 Ulsi中對光刻的幾點要求 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）1、去除部分溶劑 2、降低應(yīng)力 3、降低玷污。6、前烘時間和溫度控制不合適對光刻的影響溫度過低t溶劑含量高，延長前哄時間，降低 工作效率。溫度過高T膠變性。7、最優(yōu)的前烘技術(shù)是？真空熱平板烘烤&曝光的工藝原理（p214）1正膠：

21、DQ（曝光）t乙炔酮t ICA羧酸（顯影液，堿性）7中和反應(yīng)2負(fù)膠，樹脂戊二烯（有機溶劑，光照，感光劑）t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 曝光時間 2前烘的溫度和時間 3光刻膠的膜厚 4顯影液的 濃度 5 顯影液的溫度 6 顯影液的攪動情況等10、 堅膜的主要作用除去光刻膠中剩余的溶劑，增強光刻膠對硅片表面的附著力， 同時提高 光刻膠在刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性和保護能力。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、 8.1 0 p-22614、 干法和濕法腐蝕的各自優(yōu)缺點濕法：優(yōu)點：1 、操作簡單； 2、成本低缺點

22、： 1、形貌不 好控，不適合大高度圖形加工。干法：優(yōu)點：圖形形貌好，缺點：成本高，損傷。金屬化與多層互連1、金屬化的用途MOSFET柵電極材料作為MOSFET器件的一個組成部分，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)部各個獨立的元器件連接成 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 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。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，能提供低阻的互連

23、引線，從而有利于提高電路速度；2、長時期在較高電流密度負(fù)荷下，金屬材料的輸運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 透和擴散，即要求有一個擴散阻擋層等。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 10-6Q/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散？ si在Al中擴散。5、結(jié)合問題 4 和公式 9.11 描述為什么會產(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。&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)