電子科大微電子工藝復習提綱

電子科大微電子工藝復習提綱第一頁，共84頁。第一章緒論學習內容：1.半導體產業(yè)概況2.器件技術3.硅和硅片制備4.硅片清洗學習要求：1.了解半導體產業(yè)及其發(fā)展情況；2.了解集成電阻、集成電容、集成BJT、集成CMOS等無源和有源器件的結構；3.了解硅晶體結構、單晶硅生長技術、硅片制備工藝、硅片清洗工藝；4.掌握集成電路的概念、集成度的概念、特征尺寸的概念、摩爾定律，會描述多晶和單晶。第二頁，共84頁。1.什么時間、什么地點、由誰發(fā)明了固體晶體管？答：1947年，貝爾實驗室，肖克萊、巴丁、布拉頓。2.什么是集成電路？什么時間、由誰發(fā)明？答：集成電路是把電阻、電容、二極管、晶體管等多個元器件制造在一個襯底晶片上并具有一定功能的電路。1959年，由諾伊思、基爾比發(fā)明。3.列出5個集成時代，指出每個時代的時間段，并給出每個時代每個芯片上的元件數。第三頁，共84頁。4.列出集成電路制造的5個重要步驟，簡要描述每個步驟。答：硅片準備、硅片制造、硅片測試和揀選、裝配和封裝、終測。硅片準備是經過硅提純、拉單晶、切片、磨片、拋光等工序制備成IC制造所需硅片的過程。硅片制造是經過各種清洗、成膜、光刻、刻蝕和摻雜等一系列復雜的單項工藝制作成芯片的過程。硅片測試和揀選：晶圓片中每個芯片經過探針測試，功能和電參數不合格的打點標記以區(qū)分合格芯片。裝配和封裝：晶圓片經過劃片，揀選出的合格IC芯片被焊接到IC管殼中，再經內引線鍵合、封蓋形成成品電路。終測：成品電路的功能和性能測試第四頁，共84頁。5.什么是芯片的關鍵尺寸？這種尺寸為何重要？答：關鍵尺寸常稱為最小特征尺寸，它是衡量工藝難度的標志，代表集成電路的工藝水平。6.什么是摩爾定律？它預測了什么？這個定律基本正確嗎？答：1964由摩爾提出，IC的集成度將每隔一年翻一番。1975年被修改為：IC的集成度將每一年半(18個月)翻一番。摩爾定律預測硅片的加工能力不斷提高。這個定律基本正確。7.什么是無源元件？舉出兩個無源元件的例子。答：無論電源怎樣連接，它們都能傳輸電流，這類元件稱為無源元件。例如：電阻、電容。8.什么是有源元件？舉出兩個有源元件的例子。答：用于控制電流方向、放大信號、并產生復雜電路的元件稱為有源元件。例如：二極管、雙極晶體管等。第五頁，共84頁。9.什么是當前最流行的集成電路技術？答：CMOS技術10.nMOSFET中的多數載流子是什么？它的溝道類型是什么？答：電子，n型11.pMOSFET中的多數載流子是什么？它的溝道類型是什么？答：空穴，p型12.列舉得到半導體級硅的三個步驟。半導體級硅有多高純度，能否直接用來制造半導體器件

？答：得到半導體級硅（SGS）的三個步驟：①用碳加熱硅石來制備冶金級硅②通過化學反應將冶金級硅提純生成三氯硅烷③利用西門子方法，通過三氯硅烷和氫反應生產SGSSGS的純度：9個9不能直接用來制造半導體器件，因為此時的硅沒有按照希望的晶體結構排列原子。第六頁，共84頁。13.生長單晶硅錠的兩種方法分別是什么，哪種制備方法質量更高，為什么？8英吋以上的硅片，經常選擇哪種方式制備，為什么？答：直拉法（CZ法）和區(qū)熔法。區(qū)熔法制備的硅片質量更高，因為不使用坩堝，單晶硅純度高、含氧量低。8英吋以上的硅片，選擇CZ法制備，晶圓直徑大。

第七頁，共84頁。14.定義晶胞。硅的晶胞是哪些類型？答：晶胞是在三維結構中由原子組成的最簡單的重復單元。硅晶胞的類型是面心立方金剛石結構。15.什么是晶體？什么是晶格？答：晶胞是在三維結構中由原子組成的最簡單的重復單元，晶體就是由一些晶胞非常規(guī)則地在三維空間重復排列而形成的陣列。晶體的周期性結構稱為晶格16.描述多晶。答：晶胞無規(guī)律地排列，這樣的結構叫做多晶。多晶的原子排列短程有序長程無序。17.描述單晶。答：晶胞在三維空間整齊重復排列，這樣的結構叫做單晶。單晶的原子排列長程有序。第八頁，共84頁。18.描述非晶材料。為什么這種硅不能用于硅片？答：非晶材料的內部原子排列雜亂無規(guī)則。非晶材料不能用于硅片是因為器件的許多電學和機械性質都與它的原子級結構有關，這要求重復性的結構使得芯片與芯片之間的性能有重復性。19.MOS器件中用得最多的是哪種方向晶面？雙極器件用得最多的是哪種？答：MOS器件中用得最多的是（100）晶面或<100>晶向。這是由于（100）面的原子密度低具有低的界面態(tài)密度，有利于控制閾值電壓，并且表面載流子具有高的遷移率。雙極器件用得最多的是（111）晶面或<111>晶向。這是由于（111）面的原子密度大，擴散摻雜時能較好控制結深，此外（111）面容易生長，成本最低。第九頁，共84頁。20.說明五類凈化間沾污。答：顆粒、金屬雜質、有機物沾污、自然氧化層、靜電釋放（ESD）。21.硅片清洗的目標是什么？答：去除硅片表面沾污的顆粒、金屬雜質、有機物雜質、自然氧化層等污染物。22.用在SC－1中的化學配比是什么？SC－1去除什么污染？答：氫氧化銨/過氧化氫/去離子水＝1:1:5~1:2:7去除顆粒和有機物質。23.用在SC－2中的化學配比是什么？SC－2去除什么污染？答：鹽酸/過氧化氫/去離子水＝1:1:6~1:2:8去除硅片表面的金屬。第十頁，共84頁。第二章氧化學習內容：1.二氧化硅結構、性質。2.氧化原理以及氧化物生長的模型。3.氧化硅在集成電路中的用途，包括選擇性氧化。4.氧化設備及其組成部分。5.快速氧化和熱處理的概念及用途。學習要求：1.了解二氧化硅結構、性質以及在集成電路中的用途。2.理解氧化原理、過程及描述方程。3.了解氧化方法及特點，包括干氧氧化、濕氧氧化、水汽氧化、摻氯氧化。掌握影響氧化硅生長的因素。4.解釋選擇性氧化。5.識別氧化工藝設備和快速熱處理設備。6.了解快速氧化和熱處理的概念及用途。第十一頁，共84頁。1.熱氧化的工藝目的是什么？請描述硅的熱氧化。答：熱氧化的工藝目的是在硅片上生長一層二氧化硅層以保護硅片表面、器件隔離、屏蔽摻雜、形成電介質層等。硅的氧化是氧分子或水分子在高溫下與硅發(fā)生化學反應，并在硅片表面生長氧化硅的過程。2.列出熱氧化物在硅片制造的6種用途，并給出各種用途的目的。答：a.柵氧化層，用作MOS管柵和源漏之間的介質。b.場氧化層，用于同型MOS管之間的電隔離。c.摻雜阻擋層，作為擴散或注入雜質到硅中的掩蔽材料。d.注入屏蔽氧化層，用于減小注入溝道效應和注入損傷。e.墊氧化層，做氮化硅緩沖層以減小應力。f.阻擋層氧化層，保護有源器件和硅免受后續(xù)工藝的影響第十二頁，共84頁。3.為什么柵氧要用熱生長？答：a.熱生長的氧化層結構致密，質量好。b.熱生長氧化層的界面態(tài)、固定電荷、可動電荷等表面電荷密度低。4.描述氧化物生長速率，影響這種速率的參數是什么？答：氧化物生長速率用來描述氧化物在硅片上生長的快慢。影響這種速率的參數：溫度、壓力、氧化方式（干氧或濕氧）、硅的晶向和摻雜。5.解釋晶體晶向對氧化物生長的影響。答：由于硅<111>晶向的晶面原子密度比<100>晶向的大，所以在線性氧化階段，<111>晶向的硅片生長速率快于<100>晶向。第十三頁，共84頁。6.摻氯氧化的作用。答：在氧化工藝中通常在氧化系統(tǒng)中通入少量的含氯氣體（濃度在3％以下）以改善SiO2的質量。其作用有二：a.氯離子進入SiO2－Si界面與正電荷中和以減少界面處的電荷積累；b.氧化前通入氯氣處理氧化系統(tǒng)以減少可動離子沾污。7.為什么硅片熱氧化結束時通常還要進行氫氣退火？答：降低界面態(tài)密度。氫進入界面處和硅組成穩(wěn)定的H-Si共價鍵，使懸掛鍵飽和。第十四頁，共84頁。8.壓力對氧化物生長的影響是什么？答：壓力增大強迫氧原子更快地穿越正在生長的氧化層到達硅表面，使氧化速率增加。9.什么是快速熱處理（RTP）？相比于傳統(tǒng)爐其5大優(yōu)點是什么？答：快速熱處理（RTP）是在非常短的時間內（經常是幾分之一秒）將單個硅片加熱至400～1300℃溫度范圍的過程。RTP的5大優(yōu)點：a.減少熱預算b.硅中雜質運動最小c.冷壁加熱減少沾污d.腔體小氣氛潔凈e.更短的加工時間第十五頁，共84頁。10.如果熱生長氧化層厚度為2000埃，那么硅消耗多少？答：2000?！?.45＝900埃11.已知線性－拋物線性模型為：t2ox＋Atox＝B(t+τ)。其中，tox為硅片上生長的SiO2總的厚度(μm)；B為拋物線速率系數(μm2/h)；B/A為線性速率系數(μm/h)；τ為生成初始氧化層所用的時間(h)。假如硅片在初始狀態(tài)時已有100nm的氧化層。計算(1)在120分鐘內，920℃水汽氧化過程中生長的SiO2的厚度。(2)在120分鐘內水汽氧化中所消耗的硅的厚度是多少？已知：在920℃下，A=0.50μm，B=0.20μm2/h。答：(1)初始狀態(tài)時已有0.1μm的氧化層初始時間τ＝(t2ox+Atox)/B=0.3h120分鐘氧化后，氧化硅總厚度：t2ox＋Atox＝B(t+τ)，t=2h，τ=0.3h代入，得tox=0.473um120分鐘氧化的SiO2厚度為：0.473-0.1=0.373um(2)120分鐘內水汽氧化中所消耗的硅的厚度0.373×0.45＝0.168um第十六頁，共84頁。第三章?lián)诫s——擴散學習內容：1.擴散的概念、分類、機制及工藝目的。2.擴散雜質濃度分布特征。3.擴散方塊電阻、結深概念及其測量方法。4.擴散工藝。5.擴散設備。學習要求：1.了解擴散的概念、機制，及擴散的工藝目的。2.掌握雜質在硅中擴散的分布特征。3.掌握方塊電阻的計算公式。4.了解兩步擴散工藝及雜質激活。第十七頁，共84頁。1.列舉4種常用雜質并說明它們是n型還是p型。答：硼(B)：p型磷(P)、砷(As)、銻(Sb)：n型2.簡要描述熱擴散。答：擴散是微觀粒子（原子、分子等）的普遍的熱運動形式，運動的結果使?jié)舛确植稼呌诰鶆?。熱擴散利用高溫驅動雜質穿過硅的晶格結構，這種方法受到時間和溫度的影響。3.解釋擴散系數。答：擴散系數是表征雜質在硅中擴散的快慢的系數，擴散系數隨溫度的升高而增大，不同的雜質其擴散系數不同。4.什么是雜質的固溶極限？答：固溶極限是在一定的溫度下，摻入雜質在硅中的最大濃度。第十八頁，共84頁。5.什么是擴散工藝？擴散的工藝目的是什么？并描述結深。答：擴散是將一定數量和一定種類的雜質摻入到硅片或其它晶體中去，以改變電學性質，并使摻入的雜質數量和分布情況都滿足要求的工藝過程。擴散的工藝目的主要是形成P－N結。結深是雜質擴散濃度分布曲線與襯底摻雜濃度曲線的交點的位置。第十九頁，共84頁。6.恒定表面源擴散雜質分布特征。恒定表面源擴散，雜質分布滿足余誤差函數分布a.雜質表面濃度由該種雜質在擴散溫度下的固溶度所決定。當擴散溫度不變時，表面雜質濃度維持不變b.擴散時間越長，擴散溫度越高，則擴散進入硅片內的雜質總量就越多c.擴散時間越長，擴散溫度越高，雜質擴散得越深第二十頁，共84頁。7.有限表面源擴散雜質分布特征。有限表面源擴散，雜質分布滿足高斯分布a.在整個擴散過程中，雜質總量QT

保持不變b.擴散時間越長，擴散溫度越高，則雜質擴散得越深，表面濃度越低c.表面雜質濃度可控第二十一頁，共84頁。8.兩步擴散工藝答：第一步，預擴散或預淀積，溫度800到1100℃，持續(xù)10到30分鐘。此步為整個擴散過程建立了濃度梯度，為恒定表面源擴散，雜質分布滿足余誤差函數分布；第二步，再擴散或結推進，溫度一般較高（1000到1250℃）、時間長（大于120分）。此步在硅片中形成期望的結深，為有限表面源擴散，雜質分布滿足高斯分布。9.為什么雜質需要激活？答：激活使雜質原子與晶格中的硅原子鍵合，從而改變硅的電導率。第二十二頁，共84頁。第三章?lián)诫s——離子注入學習內容：1.離子注入概念及目的。2.離子注入工藝原理、參數及注入濃度分布。3.離子注入效應。4.離子注入設備。5.離子注入的應用。學習要求：1.掌握離子注入的概念及目的，與擴散工藝相比較離子注入的優(yōu)缺點。2.理解離子注入參數，注入劑量、注入能量、平均投影射程、平均標準偏差。3.了解離子注入的溝道效應和注入損傷、高溫退火。4.了解離子注入機系統(tǒng)的組成結構。5.了解離子注入在集成電路中的應用。第二十三頁，共84頁。1.列舉離子注入優(yōu)于擴散的7點。答：1）精確地控制摻雜濃度和摻雜深度2）可以獲得任意的雜質濃度分布3）雜質濃度均勻性、重復性很好4）摻雜溫度低5）沾污少6）注入的離子能穿過薄膜7）無固溶度極限2.定義劑量，列出并解釋劑量公式。答：注入劑量φ是樣品表面單位面積注入的離子總數。公式：φ=It/qnA，其中I為束流，單位是庫侖每秒（安培）；t為注入時間，單位是秒；q為電子電荷，等于1.6×10－19庫侖；n為每個離子的電荷數；A為注入面積，單位為cm2第二十四頁，共84頁。3.什么是射程？解釋能量與射程之間的關系。答：射程即為離子注入過程中穿入硅片的總距離。注入機的能量越高，則雜質原子穿入硅片越深，射程越大。4.描述投影射程。答：具有一定能量的離子入射靶中，與靶原子和電子發(fā)生一系列碰撞（即受到了核阻止和電子阻止）進行能量的交換，最后損失了全部能量停止在相應的位置，離子由進入到停止所走過的總距離在入射方向上的投影稱為投影射程Rp。5.列舉離子注入設備的5個主要子系統(tǒng)。答：5個子系統(tǒng)為：1）離子源；2）引出電極（吸極）和離子分析器；3）加速管；4）掃描系統(tǒng)；5）工藝室。第二十五頁，共84頁。6.質量分析器磁鐵的作用是什么？描述質量分析器的功能。答：質量分析器磁鐵的作用是從離子源中將所需要的雜質離子從混合離子束中分離出來。分析器磁鐵形成90°角，其磁場使離子的軌跡偏轉成弧形。不同的離子具有不同的質量與電荷（如BF3→B＋、BF2＋等），因而在離子分析器磁場中偏轉的角度不同，由此可分離出所需的雜質離子。7.為什么要冷卻硅片？答：離子束轟擊硅片的能量轉化成熱，導致硅片溫度升高。當硅片溫度超過100℃，光刻膠會起泡脫落，在去膠時很難清洗干凈。而當硅片溫度超過300℃時，器件的電學特性會受到影響，同時會發(fā)生部分退火，改變硅片的方塊電阻。第二十六頁，共84頁。8.退火的目的是什么？高溫爐退火和RTA哪一個更優(yōu)越？答：退火的目的是消除晶格損傷，并且使注入的雜質轉入替位位置而實現(xiàn)電激活。RTA更優(yōu)越。9.描述溝道效應。列舉并簡要解釋控制溝道效應的三種機制。答：溝道效應：當注入離子未與硅原子碰撞減速，而是穿透了晶格間隙時就發(fā)生了溝道效應?？刂茰系佬娜N機制：1）傾斜硅片；2）硅片表面生長掩蔽氧化層；3）硅片表面預非晶化。第二十七頁，共84頁。10.列舉10個使用離子注入的摻雜工藝，并簡要解釋。答：1）深埋層：高能量注入控制CMOS的閂鎖效應。2）倒摻雜阱：高能量注入控制CMOS的閂鎖效應。3）穿透阻擋層：中等能量的注入，防止溝道很短的亞微米器件源漏穿通，保證源漏耐壓。4）閾值電壓調整：調整CMOS器件閾值電壓的小劑量注入。5）輕摻雜漏區(qū)（LDD）：緊貼溝道區(qū)邊緣的輕摻雜注入，減小源漏穿通和短溝道效應。6）源漏注入：形成CMOS器件的源和漏的大劑量注入。7）多晶硅柵摻雜：使多晶硅導電的N＋或P＋注入。8）溝槽電容器：電容下電極－多晶硅的摻雜注入。9）超淺結：對于深亞微米器件的淺結源漏注入（結深為幾十納米）10）絕緣體上的硅（SOI）：在硅片上采用高能氧離子注入并經高溫處理后，在硅層和硅襯底之間形成一層SiO2絕緣層，實現(xiàn)表面器件與硅襯底的縱向隔離。第二十八頁，共84頁。11.在P型〈100〉襯底硅片上，進行As離子注入，形成P-N結二極管。已知襯底摻雜濃度為1×1016cm-3，注入能量：100KEV，注入劑量：5.0E15cm-2，試計算砷離子注入分布的最大摻雜濃度Nmax和注入結深。解：注入能量為100KEV時，△Rp值為207埃，Rp值為582埃。Nmax≈0.4φ／△Rp=0.4×5.0×1015/（207×10-8）≈9.66×1020cm-3Xj=Rp±△Rp［2ln（Nmax/NB）］1/2=582±207×｛2ln［9.66×1020/（1×1016）］｝1/2=582±992∴Xj=582+992=1574埃=157.4nm第二十九頁，共84頁。12.BF3分子中提取兩種復合離子BF2+和BF1++分別進行淺結離子注入，實現(xiàn)P型摻雜，當加速場的電勢差為50kV，束流為20微安，注入掃描面積是20cm2。計算（1）離子注入的能量分別為多少？（2）當注入時間為2000秒，注入劑量分別是多少？答:(1)

KE=nV

BF2+：50kV×1=50keVBF1++：50kV×2=100keV(2)Q＝It/enA

BF2+：Q＝20×10-6×2000/(1.6×10-19×1×20)原子/cm2第三十頁，共84頁。第四章淀積學習內容：1.薄膜概念，及集成電路對薄膜特性的要求。2.化學氣相淀積原理，生長薄膜的過程，影響CVD生長速率的因素。3.化學氣相淀積工藝，包括APCVD、LPCVD和PECVD工藝。4.介質及其性能。5.外延的概念、分類、工藝及用途。學習要求：1.了解集成電路對薄膜特性的要求。2.掌握化學氣相淀積CVD的概念，CVD膜生長機理及過程，理解影響CVD生長速率的因素。3.掌握并對比APCVD、LPCVD、PECVD的技術特點。4.了解LPCVD淀積氧化硅、氮化硅、多晶硅、PECVD淀積氧化硅、氮化硅的用途及工藝方法。5.了解介質及其性能。6.掌握外延的概念、工藝分類及其用途。第三十一頁，共84頁。1.什么是薄膜？列舉并描述可接受的薄膜的8個特性。答：薄膜是指在襯底上生長的薄固體物質，在三維結構中厚度遠遠小于長和寬。薄膜的8個特性a.好的臺階覆蓋能力b.填充高的深寬比間隙的能力c.好的厚度均勻性d.高純度和高密度e.受控制的化學劑量f.高度的結構完整性和低的應力g.好的電學特性h.對襯底材料或下層膜好的粘附性2.解釋ILD層的作用。在芯片中，ILD－1層所在的位置是哪里？答：ILD用做器件與金屬層之間的電隔離、以及相鄰金屬層之間的電隔離。ILD－1層位于芯片中器件與第一層金屬之間。第三十二頁，共84頁。3.列舉淀積的5種主要技術。答：化學氣相淀積、蒸發(fā)、濺射、電鍍、旋涂。4.什么是CVD？答：CVD是利用高溫加熱、等離子體、光輻射等方法使某些氣態(tài)物質發(fā)生化學反應，生成固態(tài)物質并淀積在襯底表面上的工藝過程。5.PSG、BPSG、FSG各是什么的縮寫？列舉在SiO2摻雜的三個優(yōu)點。答：PSG、BPSG、FSG分別是磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、氟硅玻璃的英文縮寫。在SiO2中摻雜的三個優(yōu)點：a.固定可動離子雜質改善器件表面b.降低玻璃的軟化點溫度改善易于平坦化c.減小薄膜應力第三十三頁，共84頁。6.生長氧化層與淀積氧化層的區(qū)別是什么？答：生長氧化層是通過氧氣或水汽與硅襯底直接在高溫下發(fā)生化學反應所形成的薄膜，淀積氧化層是通過氧氣與硅源氣體在反應腔發(fā)生化學反應在硅襯底上形成的薄膜。a.熱生長的氧化層比淀積的結構致密，質量好。b.熱生長的氧化層比淀積成膜溫度高，淀積氧化層可在第一層金屬布線形成完進行，做為金屬之間的層間介質和頂層鈍化層。c.熱生長的氧化層消耗硅。d.熱生長氧化層的界面態(tài)、固定電荷、可動電荷等表面電荷密度都比淀積的低。第三十四頁，共84頁。7.為什么LPCVD較APCVD更普遍？描述LPCVD的工藝過程。答：LPCVD較APCVD更普遍的原因是設備成本低、產量高、淀積膜的性能好。LPCVD的工藝過程：在真空反應室，由于低壓，反應氣體快速地傳輸至淀積區(qū)域、形成的反應物分子快速地到達硅片表面、發(fā)生表面反應并淀積成膜，LPCVD的淀積速度不受氣體傳輸限制，而受表面反應限制。8.淀積多晶硅柵材料采用什么CVD工具？列舉多晶硅作為柵電極的6個原因。答：采用LPCVD系統(tǒng)。6個原因：a.通過摻雜可得到特定的電阻b.與SiO2有優(yōu)良的界面特性c.和后續(xù)高溫工藝的兼容性d.比金屬電極（如Al）更高的可靠性e.在陡峭的結構上淀積的均勻性f.實現(xiàn)柵的自對準工藝第三十五頁，共84頁。9.CVD過程中采用等離子體的優(yōu)點有哪些？答：a.工藝溫度低（250～450℃）應用廣泛b.高深寬比間隙填充能力強（用高密度等離子體）c.淀積膜與硅片的粘附性好d.淀積速率高e.針孔和空洞少膜密度高10.解釋互連延遲。為什么減小ILD的介電常數有好處？答：互連延遲：IC的集成度不斷提高，互連線寬度減小，使得傳輸信號導線電阻（R）增大，且導線間距也縮小使導線間的寄生電容（C）增加，最終增加了RC信號延遲降低芯片速度。減小ILD的介電常數的好處是能減小導線間的寄生電容（C），從而減小RC信號延遲提高芯片速度。第三十六頁，共84頁。11.隨著器件特征尺寸的縮小，柵氧厚度越來越薄。超薄的柵氧會導致MOS晶體管出現(xiàn)什么問題？用什么方法可以緩解這個問題？答：隨著特征尺寸的縮小，薄柵氧會受到隧穿電流的影響，電子會在晶體管開或關時遂穿通過柵介質，導致閾值電壓漂移。用高k介電常數材料可以緩解這個問題，對于相同單位面積的電容值，由于高k介質的高介電常數，因此采用介質厚度可以較厚。第三十七頁，共84頁。12.什么是LOCOS和STI？為什么在高級IC中，STI取代了LOCOS？答：LOCOS和STI是集成電路制造工藝中的隔離技術，LOCOS是局部氧化，對于特征尺寸≥0.35μm的器件，采用局部氧化技術來隔離。STI是淺槽隔離，對于特征尺寸≤0.25μm的器件，采用STI技術來隔離。由于局部氧化中的側向生長，出現(xiàn)鳥嘴現(xiàn)象減小了有源區(qū)面積降低了集成度，使得在高級IC中被STI所取代。STI與LOCOS工藝相比，具有以下優(yōu)點：更有效的器件隔離；顯著減小器件表面積；超強的閂鎖保護能力；對溝道無侵蝕；與CMP兼容。第三十八頁，共84頁。12.對于介質填充高深寬比的溝槽或通孔而不致在其中產生空洞，一般采用什么工藝技術及其工藝原理？答：HDPCVD高密度等離子體CVD，其工藝特征為同步淀積與刻蝕。原理：加大離化率實現(xiàn)高密度等離子體，并降低了系統(tǒng)氣壓，增加了自由基或活性基團淀積的方向性；同時利用具有一定能量的Ar離子轟擊表面刻蝕掉一部分淀積原子，避免高深寬比的溝槽或通孔沒有完全填充而形成空洞。13.微電子工藝中使用Si3N4的例子，并說明Si3N4材料的作用。1)LOCOS工藝，利用Si3N4材料作為氧化阻擋層實現(xiàn)選擇性氧化；2)STI工藝，在后續(xù)CMP工藝中作為拋光的阻擋層材料；3)局部互聯(lián)工藝，將硅有源區(qū)保護起來，使之與隨后的摻雜SiO2層隔絕。4)鈍化層，防止金屬線劃傷、表面吸潮、表面沾污。第三十九頁，共84頁。14.什么是外延？解釋自摻雜和外擴散。答：外延是在單晶襯底上生長一薄層與襯底晶格結構、晶向完全相同的單晶的工藝過程。新淀積的這層稱為外延層。自摻雜：輕摻雜外延層通常生長在重摻雜襯底上，在外延過程中，從襯底蒸發(fā)的雜質進入氣流導致不希望的外延摻雜，這種現(xiàn)象稱為自摻雜現(xiàn)象。外擴散：在外延過程中，襯底作為摻雜的雜質源擴散到外延層，這種現(xiàn)象稱為外擴散。自摻雜和外擴散使雜質濃度在襯底和外延層之間形成過渡，導致雜質濃度分布不如預想的那樣陡。第四十頁，共84頁。第五章光刻學習內容：1．光刻的概念、本質及相關參數。2．光刻工藝原理及8個基本步驟。3．光學光刻及相關參數。4．光刻設備分類，五代光刻機的結構及性能特點。學習要求：1.掌握光刻基本概念。2.重點學習光刻的8個基本步驟，掌握不同步驟的工藝方法，理解不同工藝步驟的作用，會辨認光刻質量的好壞，理解對準標記，認識對準在光刻中的重要性。3.了解光刻膠的成分、用途、物理特性以及光刻膠溶解于顯影液的過程。4.掌握投影光學系統(tǒng)的數值孔徑、分辨率、焦深及套準精度的概念、公式以及對光刻質量的影響。5.了解駐波效應與抗反射涂層的作用。6.了解光刻機的分類及五種光刻機的結構特點及工作方式。第四十一頁，共84頁。1.什么叫光刻？答：光刻是把掩膜版上的電路圖形超精確地轉移到涂覆在硅片上的光刻膠膜上，為后續(xù)刻蝕或離子注入提供掩蔽膜，以完成圖形的最終轉移的工藝過程。光刻是集成電路制造的關鍵工藝，光刻是產生關鍵尺寸的工序。2.定義分辨率答：分辨率是將硅片上兩個相鄰的關鍵尺寸圖形區(qū)分開的能力。分辨率是光刻中一個重要的性能指標。3.什么是套準精度？它對掩模版的套準容差有什么作用？答：套準精度是掩膜版上的圖形與硅片上的圖形的對準程度。按照光刻的要求版上的圖形與片上圖形要精確對準。套準精度也是光刻中一個重要的性能指標。套準容差描述要形成的圖形層和前層的最大相對位移。提高套準精度能減小光刻版的套準容差。第四十二頁，共84頁。4.列出光刻的八個步驟，并對每一步驟做出簡要解釋。答：1）氣相成底膜，增加光刻膠與硅片的粘附性。2）旋轉涂膠，在硅片上涂一層光敏光刻膠。3）軟烘，去除光刻膠中的溶劑。4）對準和曝光，將掩膜板上的圖形與硅片上的圖形對準并曝光。5）曝光后烘培（PEB），在100～110℃的熱板上烘，適于深紫外（DUV）光刻膠。6）顯影，溶解硅片上曝光的區(qū)域形成精密的光刻膠圖形。7）堅膜烘培，使存留的光刻膠溶劑徹底揮發(fā)，提高光刻膠的粘附性和抗蝕性。8）顯影檢查，檢查顯影圖形的質量分析原因。第四十三頁，共84頁。5.HMDS是什么？起到什么作用？答：HMDS是六甲基二硅氨烷，起到提高粘附力的作用。6.給出硅片制造中光刻膠的兩種目的。答：1）將掩模版圖案轉移到硅片表面頂層的光刻膠中。2）在后續(xù)工藝中，保護下面的材料。（例如刻蝕或離子注入阻擋層）。7.列出并描述I線光刻膠的四種成分。答：1）樹脂（是一種有機聚合物材料，提供光刻膠的機械和化學特性，如粘附性、膠膜厚度等）2）感光劑（光刻膠材料的光敏成分）3）溶劑（使光刻膠具有流動性）4）添加劑（控制光刻膠特殊方面的化學物質，備選）第四十四頁，共84頁。8.列出I線正膠分解的四個步驟。答：1）樹脂是懸浮于溶劑中的酚醛甲醛聚合物（線性酚醛樹脂）2）感光劑化合物（常為DNQ）作為強的溶解抑制劑（不溶解于顯影液）被加到線性酚醛樹脂中3）在曝光過程中，感光劑（通常為DNQ）發(fā)生光化學分解產生羧酸4）羧酸提高光刻膠曝光區(qū)域的線性酚醛樹脂的溶解度9.給出I線正膠具有良好分辨率的原因。答：1）正膠的未曝光區(qū)不受顯影液的影響，這樣在光刻過程中轉移到光刻膠上的極細線條會保持線寬和形狀，產生良好的線寬分辨率。2）正膠具有對比度高的優(yōu)點。它可以更好的分辨掩模版的亮區(qū)和暗區(qū)，在光刻膠上產生陡直的轉移圖形。第四十五頁，共84頁。10.曝光后烘焙的工藝目的。答：對常規(guī)I線光刻膠，使得曝光后的光敏感物質在光刻膠內部進行一定的擴散，可以有效地防止產生駐波效應。對DUV深紫外光刻膠，曝光后烘焙使光酸產生劑（PAG）在光刻膠的曝光區(qū)產生酸，引起酸致催化反應加速反應速率，除去樹脂中的保護成分，使光刻膠能溶解于顯影液。11.描述光酸產生劑的目的。答：光酸產生劑（PAG）增加光刻膠的敏感性。經過DUV曝光，PAG產生酸，未曝光區(qū)中沒酸，酸致催化反應加速反應速率，從而增強光刻膠的光化學反應。除去樹脂中的保護成分，使光刻膠能溶解于顯影液。第四十六頁，共84頁。12.為什么化學放大深紫外光刻膠（CADUV光刻膠）在曝光后要進行烘焙？如果曝光后烘延遲，會發(fā)生什么問題？答：化學放大深紫外光刻膠（CADUV光刻膠）在曝光后通過烘焙，從而使光酸產生劑（PAG）在光刻膠的曝光區(qū)產生酸，引起酸致催化反應加速反應速率，除去樹脂中的保護成分，使光刻膠能溶解于顯影液。如果曝光后烘延遲，光生酸由于周圍環(huán)境空氣中胺的污染就會發(fā)生中和。中和反應發(fā)生在光刻膠的頂層，產生一層薄的不溶解的阻止層，從而導致光刻膠顯影后形成T型。13.什么是光強和曝光劑量，它們有什么聯(lián)系？為什么曝光劑量很重要？答：光強是單位面積的功率，并在光刻膠的表面測量。光強也是單位面積的光亮或亮度，單位毫瓦每平方厘米。曝光劑量又稱曝光能量，它等于光強乘以曝光時間（單位毫焦每平方厘米）曝光劑量決定了光刻膠反應的充分性。第四十七頁，共84頁。14.描述曝光波長和圖像分辨率的關系。答：分辨率（R）是將硅片上兩個相鄰的關鍵尺寸圖形區(qū)分開的能力。分辨率是光刻中一個重要的性能指標。R=Kλ／NA=Kλ／n×sinΘm其中k為工藝因子，λ為光源的波長，NA為曝光系統(tǒng)的數值孔徑，一般k和NA都在0.6～0.8。所以波長λ近似為分辨率的值。所以要提高曝光系統(tǒng)的分辨率即減小關鍵尺寸，就要降低光源的波長λ。15.什么是數值孔徑？陳述它的公式，包括近似公式。答：透鏡能夠把一些衍射光會聚到一點成像，把透鏡收集衍射光的能力稱為透鏡的數值孔徑，用NA表示。NA＝（n）Sinθm≈（n）×透鏡半徑/透鏡焦長其中n為圖像介質的折射率，θm為主光軸和透鏡邊緣光線的最大夾角。透鏡半徑越大數值孔徑越大成像效果越好。但受到鏡頭成本的限制。第四十八頁，共84頁。16.什么是抗反射涂層，它是怎樣減少駐波的？答：抗反射涂層（ARC）：當光刻膠下面的底層是反光的襯底（如金屬和多晶），光線將從襯底反射并可能損害臨近未曝光的光刻膠，這種反射現(xiàn)象會造成反射切入和駐波。在反光襯底上增加一層抗反射涂層（如TiN）可消除反射切入和駐波現(xiàn)象。17.陳述分辨率公式。影響光刻分辨率的三個參數是什么？答：分辨率（R）：R=Kλ／NA影響光刻分辨率的三個參數分別k為工藝因子，λ為光源的波長，NA為曝光系統(tǒng)的數值孔徑。第四十九頁，共84頁。18.給出焦深和焦面的定義。寫出計算焦深的公式。答：焦深（DOF）是焦點上下的一個范圍，在這個范圍內圖像連續(xù)保持清晰。焦深也是照相的景深，集成電路光刻中的景深很小。焦點所在的平面稱為焦面。焦深的公式：19.隨著微電子加工器件的尺寸越來越小，所使用的光刻膠厚度一般如何變化？為什么？答：光刻膠厚度會變薄。器件加工尺寸越小，光刻的分辨率越高，而焦深DOF卻變小，對于焦深應該穿越光刻膠層上下表面(焦深范圍內曝光能量相對為常量)，因此光刻膠厚度會變薄。20.列出光學光刻中影響圖像質量的兩個重要參數。答：分辨率和焦深。第五十頁，共84頁。21.解釋分步重復光刻機的基本功能。答：每次只投影一個曝光場，然后步進到硅片上另一個位置重復曝光。22.什么是對準？什么是套準精度？答：對準：為了成功地把掩膜版圖形轉移到硅片上，必須把掩膜版上的圖形與硅片上的圖形對準。套準精度：掩膜版上的圖形與硅片上的圖形的對準程度。23.給出套準精度的定義。什么是套準容差？大約關鍵尺寸的多少是套準容差？答：套準精度：掩膜版上的圖形與硅片上的圖形的對準程度。按照光刻的要求版上的圖形與片上圖形要精確對準。套準精度也是光刻中一個重要的性能指標。套準容差描述要形成的圖形層和前層的最大相對位移。一般套準容差是關鍵尺寸的1/3。

第五十一頁，共84頁。24.什么是對準標記？描述RA、GA和FA對準標記。答：對準標記：是置于掩模版和硅片上用來確定他們的位置和方向的可見圖形。投影掩膜版的對位標記(RA)：在版的左右兩側，RA與步進光刻機上的基準標記對準整場對準標記(GA)：第一次曝光時被光刻在硅片左右兩邊，用于每個硅片的粗對準精對準標記(FA)：每個場曝光時被光刻的，用于每個硅片曝光場和投影掩膜版的對準25.列出并討論步進光刻機和步進掃描光刻機必須控制的五個環(huán)境條件。答：1）溫度：對掩膜版架、光學系統(tǒng)、承片臺等都有影響。2）濕度：對膠粘附性、數值孔徑、聚焦等有影響3）振動：對定位、對準、聚焦、曝光等有影響4）大氣壓力：對空氣折射率、激光干涉計等有影響5）顆粒污染：形成圖形缺陷第五十二頁，共84頁。26.解釋光刻膠顯影，其目的是什么？答：光刻膠顯影：用化學顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶區(qū)域。目的：把掩膜版圖形準確復制到光刻膠中。27.說明TMAH(正膠顯影液)對常規(guī)Ι線正膠的作用。答：TMAH中的堿和Ι線正膠中的羧酸發(fā)生中和反應（曝光的膠產生羧酸）。未曝光的膠不與顯影液反應。28.列舉兩種光刻膠顯影方法。答：1）連續(xù)噴霧顯影（continuousspray）2）旋轉浸沒顯影（puddle）29.解釋為什么要進行堅膜。答：蒸發(fā)掉剩余的溶劑使光刻膠變硬。提高光刻膠的粘附性、抗刻蝕能力。堅膜也除去剩余的顯影液和水。第五十三頁，共84頁。第六章刻蝕學習內容：1.刻蝕的概念、工藝及目的。2.刻蝕參數。3.干法刻蝕原理、過程。4.等離子體概念、電勢分布，反應離子刻蝕系統(tǒng)。5.干法刻蝕的方法及應用。6.濕法刻蝕的方法及應用。學習要求：1.掌握刻蝕的概念及工藝目的。2.了解干法刻蝕相對于濕法腐蝕的優(yōu)點，對比各向同向刻蝕和各向異性刻蝕的區(qū)別。3.掌握刻蝕的相關刻蝕參數。4.了解等離子體的電勢分布，理解自偏置電壓的形成。5.了解干法刻蝕的種類，掌握反應離子刻蝕（RIE）的機理，了解高密度等離子體刻蝕。6.了解氧化硅、氮化硅、多晶硅、單晶硅以及金屬鋁的干法刻蝕工藝目的、工藝方法及刻蝕機理。第五十四頁，共84頁。1.定義刻蝕、刻蝕目的是什么？答：刻蝕是通過化學或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的工藝過程?？涛g目的：把光刻膠圖形精確地轉移到硅片上，最后達到復制掩膜版圖形的目的。2.列舉九個重要的刻蝕參數。答：1).刻蝕速率；2).刻蝕剖面；3).刻蝕偏差；4).選擇比；5).均勻性；6).殘留物；7).聚合物；8).等離子體誘導損傷；9).顆粒沾污和缺陷3.干法刻蝕的剖面是各向同性、各向異性的，還是兩者都有？濕法腐蝕的剖面是怎樣的？答：干法刻蝕的剖面兩種都有。濕法腐蝕的剖面是各向同性的。第五十五頁，共84頁。4.定義選擇比。干法刻蝕有高的或低的選擇比？高選擇比意味著什么？描述并解釋選擇比公式。答：選擇比是指在同一刻蝕條件下，刻蝕一種材料對另一種材料的刻蝕速率之比。干法刻蝕有高的選擇比。高選擇比意味著只刻除想要刻去的膜層材料，而對其下層材料和光刻膠不刻蝕。第五十六頁，共84頁。5.在RIE干法刻蝕系統(tǒng)中，用CF4刻蝕SiO2，已知SiO2的總厚度為200nm，刻蝕條件不變，圖1是刻蝕4min后的剖面圖、刻蝕掉SiO2的厚度為100nm，圖2是刻蝕10min后的剖面圖，已產生了過刻蝕，刻蝕掉硅的厚度為10nm，試計算SiO2的刻蝕速率、Si的刻蝕速率以及刻蝕SiO2對Si的選擇比。答：SiO2刻蝕速率：100/4=25nm/min200nmSiO2經過8分鐘刻蝕完，那么刻蝕10分鐘內的最后2分鐘刻蝕的是Si，Si的刻蝕速率：10/2=5nm/min刻蝕SiO2對Si的選擇比：25:5=5:1第五十七頁，共84頁。6.什么是刻蝕中的等離子體誘導損傷，以及這些損傷會帶來什么問題？答：等離子體誘導損傷是包含能帶離子、電子和激發(fā)分子的等離子體對硅片上敏感器件的損傷。這些損傷會帶來：1）等離子體在MOS晶體管柵電極產生陷阱電荷引起薄柵氧化硅的擊穿；2）帶能量的離子對暴露的柵氧化層或雙極結表面上的氧化層進行轟擊，使器件性能退化。7.干法刻蝕的目的是什么？列舉干法刻蝕同濕法刻蝕相比具有的優(yōu)點。干法刻蝕的不足之處是什么？答：干法刻蝕的主要目的是完整地把掩膜圖形復制到硅片表面上。與濕法腐蝕比干法刻蝕的優(yōu)點有：1).刻蝕剖面各向異性，非常好的側壁剖面控制；2).好的CD控制；3).最小的光刻膠脫落或粘附問題；4).好的片內、片間、批間的刻蝕均勻性；5).化學品使用費用低干法刻蝕的缺點有：1).對下層材料的刻蝕選擇比較差；2).等離子體誘導損傷；3).設備昂貴第五十八頁，共84頁。8.如果RF的頻率降低，刻蝕結果會如何？RF功率降低，直流偏置增大，電極尺寸減小，刻蝕結果又如何？答：1）RF的頻率降低→離子能量和刻蝕速率增加、選擇比下降，物理刻蝕作用增強。2）RF的功率降低→離子能量和刻蝕速率降低、選擇比增加，物理刻蝕作用減小。3）直流偏置增大→離子能量和刻蝕速率增加、選擇比下降，物理刻蝕作用增強。4）電極尺寸減小→直流偏置增大→離子能量和刻蝕速率增加、選擇比下降，物理刻蝕作用增強。第五十九頁，共84頁。9.描述一個等離子體干法刻蝕系統(tǒng)的基本部件。二氧化硅、鋁、硅和光刻膠刻蝕分別使用什么化學氣體？答：一個等離子體干法刻蝕系統(tǒng)的基本部件包括：1）發(fā)生刻蝕反應的反應腔；2）一個產生等離子體的射頻電源；3）氣體流量控制系統(tǒng)；4）去除刻蝕生成物和氣體的真空系統(tǒng)。二氧化硅使用CF4＋H2＋Ar＋He或CHF3＋Ar＋He

；鋁使用Cl2＋BCl3＋CHF3；硅使用SF6＋Ar＋He；光刻膠使用O2。第六十頁，共84頁。10.描述反應離子刻蝕RIE。答：反應離子刻蝕系統(tǒng)的反應室被設計成射頻電場垂直于被刻蝕樣片且射頻電源電極（稱為陰極）的面積小于接地電極（稱為陽極）的面積時，在陰極暗區(qū)產生一較大自偏置電場。等離子體中的正離子在自偏置電場中加速得到能量轟擊樣片表面，這種離子轟擊不僅對樣片表面有一定的濺射作用形成物理刻蝕，而且提高了表面層自由基和反應原子或原子團的化學活性，加速與樣片的化學反應。由于離子轟擊的方向性，遭受離子轟擊的底面比未遭受離子轟擊的側面的刻蝕要快得多，達到了很好的各向異性。

第六十一頁，共84頁。11.反應離子刻蝕RIE系統(tǒng)中，電源電極接RF發(fā)生器（陰極），另一電極接地作為陽極。請問放置在兩個極板上的硅片刻蝕時選擇比的情況？答：放置在陰極時硅片刻蝕的選擇比要比放置在陽極時小。原因：等離子體與陰極的電勢差遠大于與接地電極陽極的電勢差，物理刻蝕作用強，因此硅片放置在陰極刻蝕的選擇比?。还杵胖迷陉枠O刻蝕時，物理刻蝕作用小，從而選擇比大。12.哪種化學氣體通常用來刻蝕多晶硅？為什么這種化學氣體替代了氟基化學氣體？答：Cl2或HBr。不用SF6等F基氣體是因為Cl基氣體刻蝕多晶硅對下層的柵氧化層有較高的選擇比，并且溴Br基氣體的選擇比比Cl基還高，而F基氣體的選擇比低。13.光刻膠是怎樣去除的？答：1）干法：氧等離子體去膠2）濕法：硫酸和雙氧水的混合溶液浸泡并加熱或發(fā)煙硝酸浸泡。第六十二頁，共84頁。14.干法刻蝕也具有化學刻蝕成分，可采用什么方法在干法刻蝕溝槽或通孔時防止橫向刻蝕？在刻蝕層間介質形成通孔時，在CF4、C2F6和C3F8中任意選擇一種刻蝕氣體，哪種刻蝕氣體形成的通孔具有更小的橫向鉆蝕？為什么？答：在刻蝕圖形的側壁上形成抗腐蝕的聚合物，從而阻擋對側壁的侵蝕，增強刻蝕的方向性。選擇C3F8刻蝕氣體具有更小的橫向鉆蝕。在這三種刻蝕氣體中，C3F8具有最大的C/F原子比，刻蝕時會形成最多的聚合物，因而具有最小的橫向鉆蝕。15.描述高密度等離子刻蝕的特點。答：1)等離子體中反應基密度大增加了刻蝕速率；2)系統(tǒng)中引入磁場使反應離子具有高方向性，可獲得高深寬比的槽；3)系統(tǒng)的自偏壓低，反應離子的能量低，因而減小對Si片表面的轟擊損傷。第六十三頁，共84頁。第七章金屬化學習內容：1.金屬化的概念及目的。2.集成電路對金屬薄膜的要求。3.先進的金屬化技術。4.金屬薄膜淀積的方法，蒸發(fā)和濺射的工藝原理。學習要求：1.了解金屬化概念和技術術語，以及集成電路對金屬膜的要求。2.了解鋁和銅的優(yōu)缺點，了解大馬士革工藝銅金屬布線工藝。3.掌握阻擋層金屬的作用，常用的阻擋層金屬。4.掌握硅化物的作用，常用的硅化物，及自對準金屬硅化物的形成。5.了解電子束蒸發(fā)過程及電子束蒸發(fā)的優(yōu)缺點。6.了解濺射過程及濺射的優(yōu)缺點，影響濺射率的因素。第六十四頁，共84頁。1.解釋下列名詞：互連、接觸、通孔和填充塞。答：互連指導電材料如鋁、多晶硅或銅制成的連線用以傳輸電信號。

接觸是指硅芯片內的器件與第一金屬層之間在硅表面的連接。

通孔是穿過各層介質層從某一金屬層到相鄰的另一金屬層形成電通路的開口。

填充塞是指金屬薄膜填充通孔以便在兩層金屬層之間形成電連接。第六十五頁，共84頁。2.列出并且描述金屬用于硅片制造的7個要求。答：1）電阻率低：能傳導高電流密度2）粘附性好：能夠粘附下層襯底實現(xiàn)很好的電連接，半導體與金屬連接時接觸電阻低3）易于淀積：容易成膜4）易于光刻與刻蝕：對下層襯底有很高的選擇比，易于平坦化5）可靠性高：延展性好、抗電遷徙能力強6）抗腐蝕性能好7）應力低：機械應力低減小硅片的翹曲，避免金屬線斷裂、空洞。第六十六頁，共84頁。3.什么是歐姆接觸？它的優(yōu)點是什么？答：金屬與硅接觸時，該系統(tǒng)的I－V特性曲線符合歐姆定律，這樣的接觸被稱為歐姆接觸。它的優(yōu)點：接觸電阻低，利于器件到金屬互連之間的電信號傳輸。4.討論電遷徙是怎樣影響穩(wěn)定性的？答：當金屬線流過大電流密度的電流時，電子和金屬原子的碰撞引起金屬原子的移動導致金屬原子的消耗和堆積現(xiàn)象的發(fā)生，這種現(xiàn)象稱為電遷徙現(xiàn)象。如金屬鋁，鋁原子的移動發(fā)生原子損耗的地方會產生空洞甚至使鋁線斷路，發(fā)生鋁原子堆積的地方會產生小丘使相鄰的鋁條短路。5.說明通?？刂其X電遷徙的方法。在微電子工藝中，鋁金屬互聯(lián)中的復合金屬膜通常由4層金屬膜組成，簡要說明各層的名稱及其作用？答：在鋁中摻銅（0.5~4%），鋁連線中的電遷徙能得到控制。鋁復合金屬膜的組成：①Ti，粘附層；②TiN，阻擋層；③Al/AlCu，導電層；④TiN，阻擋層和抗反射層。第六十七頁，共84頁。6.列出并討論引入銅金屬化的五大優(yōu)點。答：1）電阻率更低（1.678μΩ－cm）使相同線寬傳導的電流大，減小RC信號延遲增加芯片速度。2）降低了功耗：減小了線的寬度，降低了功耗。3）更高的集成度：更窄的線寬允許更高密度的電路集成。4）良好的抗電遷徙性能：銅不需考慮電遷徙問題。5）更少的工藝步驟：采用大馬士革方法，減少20％～30％7.什么是銅使用大馬士革方法的主要原因？答：不能干法刻蝕銅。因為銅很難生成揮發(fā)性的刻蝕反應物而被真空系統(tǒng)抽走。第六十八頁，共84頁。8.什么是阻擋層金屬？阻擋層材料的基本特性是什么？哪些金屬常被用做阻擋層金屬？答：阻擋互連金屬（指銅）向填充塞金屬（主要是鎢）的擴散以及填充塞金屬鎢與硅之間的擴散，這樣的金屬稱為阻擋層金屬。阻擋層材料的基本特性：1）有很好的阻擋擴散特性2）低電阻率具有很低的歐姆接觸電阻3）與半導體和金屬的粘附性好，接觸良好4）抗電遷徙5）膜很薄且高溫下穩(wěn)定性好6）抗腐蝕和氧化常用的阻擋層金屬：1）Ti＋TiN；2）Ta＋TaN（主要用于銅布線）第六十九頁，共84頁。9.定義硅化物，并解釋難熔金屬硅化物在硅片制造中重要的原因。答：硅化物是在高溫下難熔金屬（通常是鈦Ti、鈷Co）與硅反應形成的金屬化合物（如TiSi2、CoSi2）硅化物在硅片制造中非常重要，是因為它減小了源漏和柵區(qū)的接觸電阻，提高了芯片性能。10.什么是自對準硅化物工藝，工藝過程以及優(yōu)勢。答：自對準硅化物工藝提供穩(wěn)定的金屬半導體接觸結構、減小源和漏區(qū)接觸電阻以及柵極和源極以及漏極的寄生交疊電容的工藝。工藝過程：利用反刻工藝形成側墻—金屬（如Ti）PVD淀積—低溫RTP—氨水和雙氧水混合液濕法化學腐蝕—高溫RTP。自對準硅化物工藝主要優(yōu)點在于避免光刻的對準誤差。第七十頁，共84頁。11.濺射淀積的優(yōu)點是什么？答：1）臺階覆蓋能力好2）能淀積金屬合金（成膜組分與靶材組分相同）12.列出并解釋濺射過程的6個步驟。答：1）在高真空腔等離子體中產生正氬離子，并向具有負電勢的靶材料加速。2）在加速中離子獲得動能，并轟擊靶。3）離子通過物理過程從靶表面撞擊出（濺射）原子。4）被撞擊出（濺射）的原子遷移到硅表面。5）被濺射的原子在硅片表面凝聚并形成膜。薄膜具有與靶相同的材料組分。6）多余粒子由真空泵抽走。第七十一頁，共84頁。13.對于金屬填充高深寬比的通孔或狹窄溝道時為避免在其中產生空洞，一般采用什么工藝技術及其工藝原理？答：離子化的金屬等離子體IMP或LPCVD。原理：對于IMP，濺射的金屬被離子化，同時硅片上加了負偏置電壓，金屬離子沿著垂直路徑朝硅片運動，增強了方向性。14.為什么純鋁與硅的合金化接觸易產生PN結的穿通現(xiàn)象，如何解決？答：在純鋁和硅的界面加熱合金化過程中(通常450～500℃)，硅將開始溶解在鋁中直到它在鋁中的濃度達到0.5％為止，硅在鋁中的溶解消耗硅且由于硅界面的情況不同，就在硅中形成空洞造成PN穿通現(xiàn)象的發(fā)生。結穿通引起PN結短路。解決方法：1)采用鋁－硅（1~2%）合金或鋁－硅（1~2%）－銅（2~4%）合金替代純鋁；2)引入阻擋層金屬化以抑制硅擴散。第七十二頁，共84頁。第八章化學機械平坦化學習內容：1.集成電路制造中平坦化的概念及目的。2.傳統(tǒng)的平坦化技術。3.化學機械平坦化CMP概念、原理及優(yōu)點。4.CMP的應用。學習要求：1.理解平坦化在集成電路制造中的目的。2.了解反刻、玻璃回流、旋涂膜層等傳統(tǒng)平坦化技術。3.了解CMP的原理及其應用。第七十三頁，共84頁。1.列舉并論述硅片平坦化中用到的4個術語。答：1）平滑：臺階角度圓滑和側壁傾斜，臺階高度未減。2）部分平坦化：平滑且臺階高度局部減小。3）局部平坦化：完全填充較小縫隙或局部區(qū)域，相對于平整區(qū)域的總臺階高度未顯著減小4）全局平坦化：局部平坦化且整個Si片表面總臺階高度顯著減小。2.敘述用于解釋CMP平坦化表面方式的兩個機理。答：1）表面材料與磨料發(fā)生化學反應生成一層相對容易去除的表面層，2）這一表面層通過磨料中的研磨劑和研磨壓力與拋光墊的相對運動被機械地磨去。CMP的微觀作用是化學和機械作用的結合。第七十四頁，共84頁。3.列舉并解釋CMP的9個優(yōu)點。答：1）平坦化：能獲得全局平坦化，臺階高度可控制到50?左右。2）平坦化不同的材料：各種各樣的硅片表面都能平坦化。3）平坦化多層材料表面：在同一次拋光中能平坦化多層材料。4）減小嚴重表面起伏：在設計中可以采用嚴格的設計規(guī)則，可采用更多層金屬互連。5）制作金屬圖形的另一種