2022年半导体制作工艺 .pdf

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1、3/26/2013 4:30:52 PM ?半导体制作工艺1:清洗1.1:可以接受的颗粒尺寸的粗略法则:可动离子必须小于器件特征尺寸的一半. 1.2:可动离子沾污（MIC ）的危害及最典型、最为普遍的MIC；MIC 沾污迁移到栅结构的二氧化硅界面，改变开启晶体管的所要的阈值电压；MIC 是化学性质活泼的碱金属，电离的离子在电学测试和运输很久后沿器件移动，引起器件在使用期间失效。最典型最普遍的MIC 是锂，钠，钾。1.3:有机物沾污带来的问题；表面清洗不彻底，使得诸如金属杂质之类的沾污在清洗之后仍完整保留于硅片表面。1.4:自然氧化层及清除方法；硅片曝露于室温下的空气或含氧的去离子水中，硅片表面

2、将被氧化，此氧化层是自然氧化层。优点：保护器件。缺点：增加接触电阻。自然氧化层清洗： 将硅片表面曝露于含HF酸的混合液中， 使硅片表面完全被氢原子终止，在空气中有很好的稳定性，避免了再次被氧化。1.5： 湿法清洗的基本步骤;清洗一般原则 :3#_去离子水 _1#_去离子水 _2#去离子水 _王水 _去离子水 .先去有机物 ,再去离子玷污 ,最后去原子玷污 . 1#碱性清洗液 :NH4OH:H2O2:H2O=1:1:51:2:7 2#酸性清洗液 :HCL:H2O2:H2O=1:1:61:2:8 3#氧化清洗液 :H2SO4( 浓):H2O2=3:1 1.6：有机物清洗：根据有分子结构相似相溶的原

3、理；清洗步骤：四氯化炭甲苯丙酮洒精纯水，处理过程中可以加入超声，处理后通常用强氧化化剂再处理一次，然后水洗：冷水15次，热水 15次，冷水15次。扩散2.1:扩散有哪几种方式;各有什么特点 ;扩散中中制结的杂质都是哪些杂质. 替位式扩散：半径较大的杂质原子只能替代半导体原子而占据格点位置，再周围的空信（空格点）进行扩散；近邻处有无空位是替位式扩散的前提。硅替位式杂质：硼，铝，镓，铟，磷，砷，铋。间隙式扩散：半径小的杂质原子经过半导体的晶格间隙扩散。硅间隙式杂质：金，银，铜，铁，铌。2.2:杂质浓度分布图形;恒定表面源扩散及有限表面源扩散. 2.3:结深的具体定义 :N(X,T)=NB. 硅片表

4、面到扩散杂质浓度与衬底杂质浓度一致处的距离是结深。另外：硅片中P 型杂质和 N 型杂质相遇的深度是结深，用Xj 表示。2.4:扩散具体工艺 :两步扩散法 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3/26/2013 4:30:52 PM ?第一步：先在较低温度下，使衬底表面沉积一层杂质原子（预淀积，预扩散）；这一步是恒定表面源扩散，目的是控制掺杂总量。第二步：将表面已淀积杂质的硅片衬底在高温下扩散（主扩散，再分布）；这

5、一步是近似有限表面源扩散，目的是控制扩散深度和表面浓度。2.5:再分布的工艺为 :T=T1( 干 O2)+ T2( 湿 O2)+ T3( 干 O2).为什么要用这种方法. T1干氧生成少量二氧化硅氧化层以阻止预淀积的杂质在再分布中的蒸发逸出；T2湿氧用以控制二氧化硅的生长厚度； T3干氧使产生的二氧化硅表面保持干燥，形成疏水结构。速度快经济，对性能影响小。2.6:扩散到一定程度过,结将无法推动 ,其原因是什么 ,有什么解决方法. 随着扩散时间的推移，扩散深度的推进，杂质的浓度梯度变小，使结无法推动。解决方法：采用两步扩散法；硼磷无法作深结扩散，可以改用铝；提高温度，但有限，一般不能超过1260

6、摄氏度。2.7:P型杂质 :硼(B)铝(AL)镓(GA)铟(IN)；N 型杂质 :磷(P)砷(AS)铋(SB). 2.8:掩蔽层二氧化硅，氮化硅。2.9:硼的固态源扩散 (固态 BN)中什么叫活化 . 扩散前先将 BN 用氧气氧化成三氧化二硼的工艺过程是活化。2.10: 磷的液态源扩散(POCL3) 为什么要饱和管道. 饱和管道使管道有一定的蒸汽压和源浓度，则扩散的各批次片子的杂质分布就不会出现大偏离。2.11: 杂质分凝系数 :M=杂质在硅中的平衡浓度/杂质在二氧化硅中的平衡浓度. 同一种杂质在不同的相中的溶解度是不一致的，当两相接触时杂质将在两相中重新分布直到平衡。此是杂质在不同相间的分凝

7、效应，平衡态下杂质在两相中浓度比是一常数。2.12: 热氧化有排磷吸硼作用. 扩散过程是一高温氧化过程。扩散完后在高温中使含有杂质的硅表面生长一层二氧化硅，由于B 和 P 在硅和二氧化硅中的的分凝系数分别是0.3 和 10，那么高温中杂质必将扩散重新分布，形成排磷吸硼作用。2.13: 横向扩散作用 . 扩散是各向异性的。在扩散窗口处除了垂直于硅片表面扩散外，还存在平行于表面的横向扩散。由于光刻胶无法承受高温过程，扩散的掩膜都是用二氧化硅及氮化硅；原子扩散入硅片后是各向运动，存在横向扩散运动。横向扩散运动引起沟道长度减小，影响器件的性能和集成度。3:离子注入3.1:注入离子的纵向杂质浓度分布特点

8、;与扩散相比较 . 结深处浓度最高，两边浓度低。3.2:离了注入的掩蔽膜:SIO2,SI3N4, 光刻胶等 ;一般用光刻胶 . 3.3:什么是离子注入的沟道效应;它有什么影响 ;如何去除 . 单晶硅原子排列是长程有序的。若注入的离子未与硅原子碰撞而减速，而是穿透晶格间隙则产沟道效应。另外：杂质离子通过晶格通道时没有与电子及核子产生碰撞直接穿过晶格间隙现象是沟道效应。3.4:离子注入后为什么退火;退火的温度大约是多少. 离子注入后将原子撞击出晶格结构而损伤硅片的晶格；大注入时注入层将形成非晶态；注入的离子基本上不占据硅的晶格点上，而是留在硅晶格间隙位置，这些杂质只有经过高温退火才能激活；退火激活

9、杂质原子的同时修复晶格缺陷。退火温度： 800-1000 。修复晶格： 500摄氏度；激活杂质：950摄氏度。4:外延： 集成电路必不可少，电力电子技术不一定要4.1:什么是自掺杂 ;如何减小自掺杂;减小自掺杂的措施是什么. 工艺过程中产生的不可避免的掺杂效应是自掺杂。自掺杂主要有衬底外层的反扩散，衬底背面杂质的蒸发，四氯化硅氢还原法中的腐蚀效应，系统污染等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3/26/2013 4

10、:30:52 PM ?减小措施：采用两步外延法，背封技术，用不含氯的生长源如硅烷。5:氧化5.1:高温氧化的方式有三种:干氧化法 ;湿氧化法 ;水汽氧化法 . 5.2:消耗一个单位厚度的硅形成2.17个单位厚度的二氧化硅. 5.3:为什么栅氧要用热氧化法. 热氧化法生长的二氧化硅具有结构致密掩蔽性能好。在后面的离了注入及扩散工艺过程形成良好的侧面掩膜层，防止大剂量漏源注入过于接近沟道而形成源漏穿通。栅氧而言要在清洁的无钠离子干燥系统中进行；少量的水会场改娈氧化物生长速率和所生成的氧化物的性能。6:光刻6.1:光刻中常用的光源. 产生紫外光的汞灯。6.2:正胶和负胶及各自的优坏特点. 正胶：未曝

11、光区是硬化的，曝光区正性胶分解变得能溶于显影液而洗去。正胶粘附性差，分辨率高。负胶：未曝光区是软化的，曝光区负性胶交联硬化化难溶于显影液而洗不去。负胶粘附性好，对刻蚀有良好的阻挡作用，但在显影时发生变形和膨胀，分辨率下降。6.3:SIO2膜的表面结构和化学组分对光刻胶的粘附能力的强弱有何影响. 7:刻蚀： 互材料淀积在硅片表面，后面的工艺中有选择的去除7.1:两种基本的刻蚀工艺:干法刻蚀及湿法腐蚀. 干法：硅片曝露于气态中产生的等离了体中，等离子体通过光刻胶开出的窗与硅片发生物理的及化学的作用，去除窗口处的材料。湿法：用液体的化学试剂如酸碱溶液以化学方式去除硅片表面的材料。7.2:铝及二氧化硅

12、的刻蚀: 铝:H3PO4:CH3COOH 二氧化硅 :HF:NH4F:H2O 8:金属互连8.1:特征尺寸的缩小对互连的影响：电阻增大导致RC延迟IC 特征尺寸的的缩小，集成度的提高必然以减小互联线线宽，由此引起的互联线的电阻的增大，使得器件的信号的延迟向互联线的信号延迟转化，由此产生互联材料铝被铜取代。8.2:铝和铜各自的优坏点. 铝：电阻率低容易制备，能和二氧化硅反应生成三氧化二铝，具有良好的粘附性；严重产生电迁移效应，高电流密度下长期工作形成断路和短路，铝的熔点低，淀积铝后不能再有高温工艺。铜：电阻率是铝的一半，降低信号延迟效应及功耗等，能形成更窄的线宽，抗电迁移效应好；容易扩散到硅中，

13、形成材料中的毛策及尖峰，刻蚀困难，离子刻蚀工艺不能应用，空气中抗腐蚀性差。8.3:铜工艺的突破 . 大马士革法刻蚀介质工艺使铜形成图形；钨的填充用作第一层金属与源漏和栅区的接触，避免了铜沾污硅的问题 . 8.4:双大马士技术特点. 刻蚀介质层代替刻蚀金属铜.铜冶金技术应用大马士革法处理以形成通孔和铜互联：首先大马士革法淀积介质覆盖层，平整化介质层，光刻成图形，在介质层为通孔和连接金属线刻蚀孔及沟，然后淀积金属覆盖层进入沟中，平坦化，研磨金属层直到介质层表面以确定金属互连. 8.5:砷化镓材料相对于硅材料的优坏点. 优点：砷化镓具有更高的电子迁移率，制成的半导体器件能减小寄生电容和信号损耗的特性

14、；砷化镓集成电路具有更高的速度，能响应微波的频率；砷化镓的电阻率更大，使得砷化镓衬底上制作的半导体器件之间容易实现隔离 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3/26/2013 4:30:52 PM ?缺点：砷化镓材料缺少天然氧化物，防止了要求具有生长表面介质能力的标准MOS器件的发展；砷化镓材料的脆性，使圆片面性的加工成一难题；另外镓的缺少和提纯工艺能量的损耗而增大制造成本，砷的剧毒性在设备及工艺和废物清除中的特

15、别控制，对材料的成本构成威胁. 8.6:芯片特征尺寸的缩小对晶体管及金属互连的影响. 芯片特征尺寸的缩小使得芯片上集成的晶体管密度加大；金属互连复杂化线宽减小，这些都会增大互连电阻及寄生电容，从而降低信号的传播速度. 8.7:制作电力静电感应晶闸管(SITH)的工艺过程中 ,当栅极制作完成,要进行外延工艺 ,外延为N 型低阻掺杂 ,结果为 P型掺杂 ,试分析其原因并给出解决方案(栅极为 P+掺杂 ,表面浓度为 10_E19左右 ,硅片的阳极也就是衬底是 P 型掺杂 ) 分析原因：自掺杂效应严重. 减小措施：采用两步外延法，背封技术，用不含氯的生长源如硅烷. 8.8:画出一个集成电路晶体管(NPN)基本工艺制作步骤. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3/26/2013 4:30:52 PM ?名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -