硅集成電路原理 范圍

張帆揚帆☆逐月第一章Si具有哪種品格結(jié)構(gòu),常溫下帶隙值為多大<1>金剛石結(jié)構(gòu)屬于面心立方<2>常溫下帶隙值為1.1242eV淺能級雜質(zhì)的定義，哪個主族的元素摻入Si中能形成n型淺能級雜質(zhì)？哪個主族的元素摻入Si中能形成p型淺能級雜質(zhì)？P16<1>硅品中的iii族元素和VI族元素雜質(zhì)，它們作為受主和施主時，其電離能的大小并不一樣，但有一個共同的特點，就是電離能與禁帶寬度相比都非常小。這些雜質(zhì)所形成能級在禁帶中很靠近價帶頂和導(dǎo)帶底，我們稱這樣的雜質(zhì)能級為淺能級雜質(zhì)。<2>VI族元素<3>III族元素深能級雜質(zhì)的定義，說明深能級雜質(zhì)和缺陷的作用有哪些？<1>一些摻雜半導(dǎo)體中的雜質(zhì)或缺陷在帶隙中引入的能級較深，被稱為深能級雜質(zhì)。一般情況下深能級雜質(zhì)大多為多重能級<2>可以成為有效復(fù)合中心，大大降低載流子的壽命；可以成為非輻射復(fù)合中心，影響半導(dǎo)體的發(fā)光效率；可以作為補償雜質(zhì)，大大提高半導(dǎo)體材料的電阻率。能夠計算Si\Ge的體原子密度和線密度.<1>原子密度=晶胞中包含原子個數(shù)/晶胞體積硅品體中的原子密度為：8/a3=5*1022/cm3錯晶體中的原子密度為：Ge=4.42*1022/cm3<2>線密度：線密度面密度W裁必11+4xT?〈100》…M二<uo>=牛1=也（線密度最大）/4+24+24?公%+121.154x^-+.2x|+24：1以W=玄言攵yF（5）拉Si單品的方法有哪些？<1>直拉法（Czochralski法）<2>區(qū)域熔融法（FloatingZone法）（6）點缺陷的種類有哪些?線缺陷有哪些？｛自間隙原子、空位、肖特基缺陷、弗倫克爾缺陷外來原子缺陷（替位或間隙式）<2>線缺陷：刃位錯，螺位錯第二章熱氧化制備SiO2主要有哪三種，各種方法的制備速度和制備質(zhì)量如何？三種熱氧化方法硅的熱氧化方法干氧氧化Si+O'?SiO]?水汽氧化Si硅的熱氧化方法干氧氧化Si+O'?SiO]?水汽氧化Si+2H2O—SiO：+2H：|*濕氧氧化生成的Si%的質(zhì)量：干氧氧化〉濕氧氧化〉水汽氧化氧化速率：干氧氧化〈濕氧氧化〈水汽氧化交替氧化：干氧——濕氧一一干氧口網(wǎng)絡(luò)形成者的概念P24<1>可以替代SiO2網(wǎng)絡(luò)中硅的雜質(zhì)，也就是能代替Si-O四面體中心的硅、并能與氧形成網(wǎng)絡(luò)的雜質(zhì)，稱為網(wǎng)絡(luò)形成者?？谀軌蜿U述熱氧化的基本過程？<1>氧化劑擴散穿過附面層到達氣體一SiO2表面(F1)<2>氧化劑擴散穿過SiO2層到達SiO2-Si表面^2)<3>氧化劑在Si表面反應(yīng)生成SiO2(F3)<4>反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面第三章口雜質(zhì)在Si中的擴散方式可以分為哪兩大類?，哪種更容易進行？<1>

§3.1雜質(zhì)擴散機構(gòu)（機理彳機制）間隙式擴散：間隙位置：勢能min相郃兩間隙位置：勢能max勢壘高度：Wi=（U?1.2eV主賣與晶格結(jié)構(gòu)與晶向有關(guān),原子密度越大，間隙越小，Wi就越大間隙式擴散：間隙位置：勢能min相郃兩間隙位置：勢能max勢壘高度：Wi=（U?1.2eV主賣與晶格結(jié)構(gòu)與晶向有關(guān),原子密度越大，間隙越小，Wi就越大運動條件:E>Wi跳躍率：烏=此exp（一呼;/站T）（a）直接吏換（打斷6個鍵）（b）空位交換（打斷3個鍵，主要）間隙位置：勢能m牡晶格位置：勢能min勢壘高度：Ws運動條件：E>Ws;該高子鄰僮正好出現(xiàn)一空^（n/N=exp（-Wv/JtT））跳躍率：Pv=exp（—吟ikT區(qū)exp（—吧/kT）二%exp[-（吧+吟）/技]（1）間隙式雜質(zhì)：存在于晶格間隙的雜質(zhì)。以間隙形式存在于硅中的雜質(zhì)，主要是那些半徑較小、不容易和硅原子鍵合的原子。間隙式擴散：間隙式雜質(zhì)從一個間隙位置到另一個間隙位置的運動稱為間隙式擴散。間隙式雜質(zhì)在硅品體中的擴散運動主要是間隙式擴散。（2）替位式擴散：替位雜質(zhì)從一個晶格位置擴散到另一個晶格位置。替位雜質(zhì)的運動比間隙雜質(zhì)更為困難，首先要在近鄰出現(xiàn)空位，同時還要依靠熱漲落獲得大于勢壘高度W的能量才能實現(xiàn)替位運動。<2>間隙式第四章注入離子在靶內(nèi)的能量損失分為哪兩個彼此獨立的過程？在低能區(qū)和中能區(qū)各是哪種能量損失過程起作用？<1>核碰撞（核阻止）和電子碰撞（電子阻止）<2>能量較低，質(zhì)量較大的離子，主要是通過核阻止損失能量能量中等：核阻止本領(lǐng)和電子阻止本領(lǐng)同等重要，必須同時考慮能量較高，質(zhì)量較小的離子，主要是通過電子阻止損失能量口如何消除晶格損傷熱退火方法口簡述注入離子與靶內(nèi)原子碰撞會發(fā)生的3種情況。對靶材料質(zhì)量有何影響？<1>E<Ed,不會產(chǎn)生移位原子，表現(xiàn)形式為宏觀熱能；Ed<E<2Ed,產(chǎn)生一個移位原子和一個空位；E>2Ed,被撞原子本身移位之后，還有足夠高的能量于其他原子發(fā)生碰撞使其移位，這種不斷碰撞的現(xiàn)象稱為“級聯(lián)碰撞七<2>對靶材料質(zhì)量有何影響：級聯(lián)碰撞的結(jié)果會使大量的靶原子移位，產(chǎn)生大量的空位和間隙原子，形成損傷。當級聯(lián)碰撞密度不太大時，只產(chǎn)生孤立的、分開的點缺陷，為簡單晶格損傷。如果級聯(lián)碰撞的密度很高時，缺陷區(qū)就會互相重疊，加重損傷程度，甚至使注入?yún)^(qū)域的品體結(jié)構(gòu)完全受到破壞，變?yōu)榉蔷^(qū)?？跓嵬嘶鸬亩x，熱退火的目的，<1>將注入離子的硅片在一定溫度和氛圍下，進行適當時間的熱處理的過程。<2>減少或消除硅片中的晶格損傷，恢復(fù)其少子壽命和遷移率；使摻入的雜質(zhì)進入晶格位置，實現(xiàn)一定比例的電激活?？跍系佬?yīng)的定義對晶體靶進行離子注入時，當離子注入的方向與靶品體的某個晶向平行時，將很少受到核碰撞，離子將沿溝道運動，注入深度很深。為了避免溝道效應(yīng)，可使晶體的主軸方向偏離注入方向，使之呈現(xiàn)無定形狀態(tài)，會發(fā)生大量碰撞張帆揚帆☆逐月第五章口物理氣相淀積最基本的技術(shù)是哪兩種？哪種臺階覆蓋能力好？<1>真空蒸發(fā)法（Evaporation）和濺射（sputtering）<1>濺射（sputtering）口物理氣相淀積的概念PVD:利用某種物理過程實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，即原子或分子由源轉(zhuǎn)移到襯底（硅）表面上，并淀積成薄膜口具有能量的離子打到材料表面，具有哪四種情況？<1>很低能量的離子簡單反彈；<2>能量小于10eV的離子會吸附于表面，并以聲子（熱）釋放能量；<3>能量介于10eV到10keV時，能量傳遞，發(fā)生濺射過程，逸出的原子一般具有10-50eV的能量，遠大于蒸發(fā)原子；<4>能量大于10keV時，離子注入過程；口真空蒸發(fā)需要經(jīng)過哪3個基本過程？P116<1>加熱蒸發(fā)過程<2>氣相輸運過程<3>表面淀積過程口為什么濺射法制備的薄膜的臺階覆蓋性能比真空蒸發(fā)法制備的要好？（李老師課件）<1>入射過程中入射離子與靶材之間有很大的能量傳遞，因而濺射出的原子具有較大的動能（10-50eV），而真空蒸發(fā)過程中原子所獲得的動能一般只有0.1-0.2eV左右，因此濺射法的臺階覆蓋能力和附著力都比真空蒸發(fā)要好，同時輻射缺陷遠小于電子束蒸發(fā)，制作復(fù)合材料和合金膜時性能更好，是大多數(shù)硅基工藝PVD的最佳選擇。弟六章口化學(xué)氣相淀積的定義把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或者液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣，以合理的流速弓I入反應(yīng)室，并以某種方式激活后在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在淀積成膜的一種方法?？谀苡糜贑VD的化學(xué)反應(yīng)必須滿足的條件？<1>淀積溫度下，反應(yīng)劑必須具備足夠高的蒸氣壓；<2>除淀積物外，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氣壓；<4>化學(xué)反應(yīng)速率必須足夠快以縮短淀積時間；<5>淀積溫度必須足夠低以避免對先前工藝產(chǎn)生影響；<6>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，降低薄膜的著性和密度，增加缺陷。口能夠闡述CVD的基本過程<1>反應(yīng)劑在主氣流中的輸送；<2>反應(yīng)劑從主氣流中擴散通過邊界層到達襯底表面；<3>反應(yīng)劑在表面被吸附；<4>吸附的反應(yīng)劑在表面發(fā)生反應(yīng)，淀積成膜；<5>反應(yīng)的副產(chǎn)物和未反應(yīng)劑離開襯底表面，排除?？跉馊爆F(xiàn)象的定義氣缺現(xiàn)象是指當氣體反應(yīng)劑被消耗而出現(xiàn)的反應(yīng)劑濃度改變的現(xiàn)象。口常用的CVD系統(tǒng)有哪幾種？<1>APCVD系統(tǒng)(AtmosphericPressureCVD)<2>LPCVD系統(tǒng)(LowPressureCVD)<3>PECVD系統(tǒng)(PlasmaEnhancedCVD)口在化學(xué)氣相積過程中，液態(tài)源的輸送方式有哪三種？<1>冒泡法(溫度)<2>加熱液態(tài)源<3>液態(tài)源直接注入法口能夠進行摻雜的方式有哪3種？擴散、離子注入、原位摻雜：雜質(zhì)原子在薄膜淀積的同時被摻雜到薄膜中。在大多數(shù)應(yīng)用中，是通過擴散或離子注入實現(xiàn)摻雜。第七章口外延的定義P182前2行在集成工藝電路中，外延是指在單品襯底(如硅片)上、按襯底品向生長單品薄膜的工藝過程?？诟鶕?jù)襯底和外延層材料的差異,外延可以分為哪兩類？P182同質(zhì)外延、異質(zhì)外延口根據(jù)向襯底輸送原子的方式，外延生長分為哪三種類型?P182氣相外延(VPE)、液相外延(LPE)、固相外延(SPE)口在外延過程中進行原位摻雜，哪些效應(yīng)能夠影響到外延層中雜質(zhì)的分布？擴散效應(yīng)和自摻雜效應(yīng)擴散效應(yīng)：襯底中的雜質(zhì)與外延層中的雜質(zhì)，在外延生長時互相擴散，引起襯底與外延層界面附近的雜質(zhì)濃度緩慢變化。口自摻雜效應(yīng)的定義P192在外延生長過程中，襯底和外延層中的雜質(zhì)因熱蒸發(fā)、或者因化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物對襯底或外延層的腐蝕，都會使襯底和(或)外延層中的雜質(zhì)進入到邊界層中，改變了邊界層中的參雜成分和濃度，從而導(dǎo)致了外延層中雜質(zhì)的實際分布偏離理想情況，這種現(xiàn)象稱為自參雜效應(yīng)。自摻雜效應(yīng)是汽相外延的本質(zhì)特征，不可能完全避免。口簡要解釋SOI，說明SOI技術(shù)的主要特點(優(yōu)勢)<1>SOI是指在絕緣襯底上進行硅的異質(zhì)外延。優(yōu)點P199口選擇性外延的概念，哪些原因?qū)е峦庋舆^程中具有選擇性<1>選擇性外延是指利用外延生長的基本原理，以及硅在絕緣體上很難核化成膜的特性，在硅表面的特點區(qū)域生長外延層而其他區(qū)域不生長的技術(shù)。張帆揚帆☆逐月<2>P197口能夠闡述外延Si過程中，外延生長速率與溫度的關(guān)系,低溫區(qū)和高溫區(qū)各是哪種機制在起控制作用？<1>P187----P188<2>高溫區(qū)：質(zhì)量運輸或者擴散控制過程。低溫區(qū)：表面化學(xué)反應(yīng)速率或者反應(yīng)化學(xué)動力學(xué)控制實際外延溫度是選在高溫區(qū)：在高溫區(qū)外延，表面Si原子有足夠的能量和遷移能力，運動到扭轉(zhuǎn)的位置，易生成單品?？谙冗M的CMOS電路和雙極型電路大都制作在外延層上（李老師課件能找到）P182優(yōu)點第八章口光刻的七個工藝步驟是哪七個？涂膠f前烘f曝光f顯影f后烘f刻蝕f去膠口涂膠的目的?涂膠過程中，光刻膠膜厚的決定因素是哪兩個？<1>目的：形成厚度均勻、附著力強、沒有缺陷的光刻膠薄膜<2>光刻膠本身的黏性甩膠時間、速度口前烘的目的？<1>使膠膜內(nèi)溶劑充分揮發(fā)，干燥，降低灰塵污染<2>增加膠膜與下層膜的黏附性及耐磨性<3>區(qū)分曝光區(qū)和未曝光區(qū)的溶解速度口分辨率的定義？定義:分辨率R表示每mm內(nèi)能刻蝕出可分辨的最多線條數(shù)，即每mm內(nèi)包含有多少可分辨的線對數(shù)n1，八R=(mm-1)2L口光刻膠的組成成分?<1>聚合物材料（樹脂）：保證光刻膠的附著性和抗腐蝕性及其他特性，同時也決定了光刻膠薄膜的其他物理特性；<2>感光材料（PAC）：受光輻照后會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，控制或調(diào)整光化學(xué)反應(yīng)，決定著曝光時間和劑量；<3>溶劑：將樹脂溶解為液體，使之易于涂覆；<4>添加劑：染色劑（增加光吸收能力）等?？诟煞涛g和濕法腐蝕的定義？干法刻蝕和濕法腐蝕的優(yōu)缺點？<1>干法:利用等離子激活的化學(xué)反應(yīng)或者利用高能離子束轟擊完成去除物質(zhì)的方法濕法：通過特定的溶液與需要被腐蝕的薄膜材料進行化學(xué)反應(yīng)，進而除去沒有被光刻膠覆蓋的區(qū)域的薄膜濕法刻蝕：導(dǎo)液態(tài)溶液，化學(xué)反應(yīng):，優(yōu)點:工藝簡單；選擇性好；操作方便濕法刻蝕：導(dǎo)液態(tài)溶液，化學(xué)反應(yīng):，優(yōu)點:工藝簡單；選擇性好；操作方便&缺點各向同性，細線條難以刻蝕；量的顆粒污染，化學(xué)廢液亭等離子體，化學(xué)反應(yīng)+物理濺射號優(yōu)點：較高的各向異性，能形成更小的特征尺寸；等離子體可以容易的開始和結(jié)束，溫度不敏感，工藝重復(fù)性好；更少的顆粒玷污，很少的化學(xué)廢液爭缺點：選擇性比較差，設(shè)備復(fù)雜口正膠和負膠的分辨率哪個高?正膠的分辨率比負膠高。張帆揚帆☆逐月第九章（1）按其在集成電路中的功能劃分，金屬材料可分為哪三大類?金屬材料或合金適用于做哪類材料？難熔金屬硅化適合做物哪類材料？-P266IC中的金屬IC中的金屬<2>金屬材料或合金適用于做-----難熔金屬硅化適合做柵和互連材料。P291（2）尖楔現(xiàn)象的定義?改進Al/Si接觸的方法有哪些?并對每種方法做簡要闡述<1>定義：硅向鋁中擴散，同時鋁也向硅中擴散，形成尖楔，可能會造成pn結(jié)失效（這是課件的）（1）尖楔現(xiàn)象：由于硅在鋁中的溶解度較大，在Al/Si接觸中，Si/Al膜的晶粒間界中快速擴散離開接觸孔的同時，Al也會向接觸孔內(nèi)運動、填充因Si離開而留下的空間。如果Si在接觸孔內(nèi)不是均勻消耗，Al就會在某些接觸點，像尖釘一樣楔進Si襯底中去，如果尖楔深度大于結(jié)深，就會使pn結(jié)失效，這種現(xiàn)象就是Al/Si接觸中的尖楔現(xiàn)象。（書上的）V=2jDt(w-d)?s-n/nw-dZ=2^Dt(.)-s?n由/ns<2>汞Al-Si合金金屬化引線（鋁中加入1%~4%的硅，同時存在硅的分凝問題）辦鋁一摻雜多晶硅雙層金屬化結(jié)構(gòu)（多晶硅提供溶解于鋁中而消耗的硅，同時作為歐姆接觸及吸雜層）唔鋁一阻擋層結(jié)構(gòu)（EtSi,作為歐姆接觸層，mt現(xiàn)作為阻擋層）心減小鋁的體積（A1/阻擋層/Al-Si-Cua層夾心結(jié)構(gòu)）?降低硅在鋁中的擴散系數(shù)（鋁中摻氧或AG%）（3）電遷移現(xiàn)象的定義，改進電遷移現(xiàn)象的方法有哪些，并對每種方法做簡要闡述<1>定義:大電流密度通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體原子將收到導(dǎo)電電子的碰撞，從而導(dǎo)致導(dǎo)體原子沿電子流的方向遷移。結(jié)果在一個方向上形成空洞，而在另一個方向則由于鋁原子的堆積而形成小丘，從而會造成斷路和短路失效現(xiàn)象。<2>改進電遷移的方法：結(jié)構(gòu)的影響和竹狀結(jié)構(gòu)的選擇（使鋁的晶粒間界方向垂直于電流方向）Al-Cu合金和Al-Si-Cu合金（雜質(zhì)在鋁的晶粒間界的分凝可降低鋁的擴散系數(shù)）三層夾心結(jié)構(gòu)（中間加入過渡金屬層，形成金屬化合物，阻擋鋁的擴散）改進電遷移的另一種有效方法是采用新的互連金屬材料，如Cu。（4）為何銅能夠逐漸取代鋁