PAGE第一章集成電路制造工藝的發(fā)展與工藝流程1.簡述集成電路制造工藝發(fā)展的大致狀況。答：1）1947年，威廉?肖克萊（WilliamShockley），約翰?巴?。↗ohnBardeen）和沃爾特?布拉頓（WalterBrattain）在貝爾電話實驗室發(fā)明了世界上第一只晶體管。2）1959年，仙童半導(dǎo)體公司的羅伯特?諾伊思（RobertNoyce）和德州儀器公司（TexasInstruments）的杰克?基爾比（JackKilby）分別獨立地發(fā)明了世界上第一個集成電路。3）集成電路制造工藝與分立器件技術(shù)的發(fā)展是分不開的，工藝的核心是PN結(jié)技術(shù)的制造，從生長法、合金法、擴(kuò)散法直到當(dāng)前常用的離子注入法，特別是隨著氧化、光刻工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了平面工藝，使得半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展得到了巨大的飛躍，這也使得集成電路規(guī)模越來越大，特征尺寸越來越小，硅片尺寸和硅片直徑越來越大。2.描述圓片和芯片的關(guān)系和區(qū)別。答：1）圓片又稱晶圓、硅片，是指集成電路制造所用的單晶片，一般為薄的圓形片，因此成為圓片，又稱晶圓。集成電路制造工藝的前道工序，例如外延、氧化、光刻、摻雜、薄膜制備、金屬化等工藝均是在圓片上完成。2）經(jīng)過劃片，圓片上一個個的器件被分立出來，稱為芯片。集成電路制造工藝中后道工序的鍵合、封裝、測試等工藝的主要對象也是芯片。而在日常應(yīng)用中芯片一般是指集成電路經(jīng)過設(shè)計、制造、封裝、測試后的結(jié)果，通常是一個可以立即使用的獨立的整體。3.與分立器件相比，集成電路有何特有的工藝？答：1）埋層氧化、埋層光刻、埋層擴(kuò)散，簡稱埋層工藝，在外延層底部制作高摻雜的埋層，可以為集電極電流提供低阻通路，減小集電極的串聯(lián)電阻。2）隔離氧化、隔離光刻、隔離擴(kuò)散，簡稱隔離工藝，通過和襯底連通的P+隔離墻，將外延層分割成彼此孤立的隔離島，元器件分別做在每個隔離島上，從而實現(xiàn)元器件之間的絕緣。4.如何理解集成電路制造工藝課程的性質(zhì)和任務(wù)。答：集成電路制造工藝是微電子技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程，主要講授半導(dǎo)體集成電路制造的工藝原理、方法及工藝中主要參數(shù)的測試和質(zhì)量控制方法。通過學(xué)習(xí)，掌握集成電路制造的典型工藝流程，熟悉集成電路生產(chǎn)中各工藝的方法及特點，掌握重要工序的操作過程，了解集成電路生產(chǎn)中的主要工藝參數(shù)，為畢業(yè)后從事集成電路制造打下一個良好基礎(chǔ)。5.描述硅外延平面晶體管的制造工藝流程。答：襯底制備→外延→一次氧化→基區(qū)光刻→硼預(yù)擴(kuò)散→硼再分布及發(fā)射區(qū)氧化→發(fā)射區(qū)光刻→磷預(yù)擴(kuò)散→磷再分布及三次氧化→引線孔光刻→蒸鋁→反刻鋁及合金→中測→劃片→裝片與燒結(jié)→鍵合→封裝→工藝篩選→測試打印包裝工藝流程說明：1）襯底制備：選用電阻率、晶格結(jié)構(gòu)、厚度、平整度等均符合要求的單晶片作為襯底。2）外延：在襯底上沿原來的晶向生長一層電阻率、厚度、晶格結(jié)構(gòu)符合要求的N型單晶層。3）一次氧化：利用高溫下潔凈的硅片與氧氣或水蒸汽等氧化劑反應(yīng)生成二氧化硅。4）基區(qū)光刻：利用光刻和刻蝕工藝，在二氧化硅層上刻出基區(qū)窗口，使硼雜質(zhì)從窗口進(jìn)入，形成基區(qū)。5）硼預(yù)擴(kuò)散：在硅片表面淀積一定數(shù)量的硼雜質(zhì)，滿足摻雜方塊電阻的要求。6）硼再分布及發(fā)射區(qū)氧化：通過再分布，使預(yù)先淀積在硅片表面的硼雜質(zhì)向硅片體內(nèi)推進(jìn)，形成一定的基區(qū)雜質(zhì)分布，達(dá)到一定的結(jié)深要求。同時通入氧氣和水汽等氧化劑，使硅片表面同時進(jìn)行氧化。7）發(fā)射區(qū)光刻：在氧化層上進(jìn)行光刻，刻出發(fā)射區(qū)窗口，使磷雜質(zhì)從該窗口進(jìn)入基區(qū)。8）磷預(yù)擴(kuò)散：高溫下高濃度磷雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)基區(qū)，形成N+發(fā)射區(qū)。9）磷再分布及三次氧化：通過再分布，調(diào)節(jié)發(fā)射區(qū)的結(jié)深，從而調(diào)節(jié)基區(qū)寬度。同時通入氧氣，使硅片表面進(jìn)行第三次氧化。10）引線孔光刻：在氧化層上刻出基極和發(fā)射極的接觸孔。11）蒸鋁：在整個硅片表面淀積金屬鋁，接觸孔處，鋁直接與基區(qū)和發(fā)射區(qū)接觸。12）反刻鋁及合金：將電極以外的鋁層刻蝕掉，只留下基極和發(fā)射極，并加熱到一定溫度，恒溫一段時間，冷卻后獲得歐姆接觸。13）中測：對制備好的管芯進(jìn)行參數(shù)測量，不合格的管芯將做上特殊的記號，在裝片過程中將剔除。14）劃片：將硅片分成一個個獨立的管芯，以便于裝片。15）裝片與燒結(jié)：將獨立的管芯裝到管座上，并通過燒結(jié)使其與管座牢固粘接，并且管座與襯底導(dǎo)通，使管座成為集電極。16）鍵合：用導(dǎo)電性能良好的金絲或硅-鋁絲將管芯的各電極與管座的管腳一一連接。17）封裝：將管芯密封在管座內(nèi)。18）工藝篩選：將封裝好的管子進(jìn)行高溫老化、功率老化、溫度試驗等老化試驗，從中除去不良管子。19）成測、打印、包裝：對晶體管的各種參數(shù)進(jìn)行測試，并根據(jù)規(guī)定分類，對合格的產(chǎn)品進(jìn)行打印、包裝、入庫。6.描述雙極型集成電路中晶體管的制造工藝流程。答：雙極型集成電路中晶體管的制造工藝流程如下：襯底制備→埋層氧化、光刻、擴(kuò)散→外延→隔離氧化、光刻、擴(kuò)散→基區(qū)氧化、光刻、擴(kuò)散→發(fā)射區(qū)氧化→發(fā)射區(qū)光刻、發(fā)射區(qū)擴(kuò)散及氧化→引線孔光刻→蒸鋁→反刻鋁及合金→中測→劃片→裝片與燒結(jié)→鍵合→封裝→測試打印包裝工藝流程說明：1）襯底制備：選擇低摻雜的P型硅2）埋層氧化、埋層光刻、埋層擴(kuò)散：在硅片表面生長一層氧化層作為埋層擴(kuò)散的掩蔽層，開出埋層擴(kuò)散的窗口，從刻出的窗口擴(kuò)散進(jìn)入高濃度的N型雜質(zhì)層形成N+區(qū)。3）外延：在襯底上生長一層N型外延層。4）隔離氧化、隔離光刻、隔離擴(kuò)散：熱氧化生長一層二氧化硅層作為隔離擴(kuò)散的掩蔽膜，開出隔離擴(kuò)散的窗口，進(jìn)行濃硼擴(kuò)散，隔離擴(kuò)散必須擴(kuò)透整個外延層，和襯底連通。5）基區(qū)氧化、光刻、擴(kuò)散：隔離擴(kuò)散后用HF酸去除氧化層，在硅片表面生長氧化層，作為基區(qū)擴(kuò)散的掩蔽膜，刻出基區(qū)擴(kuò)散窗口，進(jìn)行硼擴(kuò)散。6）發(fā)射區(qū)氧化：基區(qū)擴(kuò)散同時生長一層二氧化硅膜，作為發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的掩蔽膜。7）發(fā)射區(qū)光刻、擴(kuò)散：光刻出發(fā)射區(qū)窗口，同時形成集電極歐姆接觸窗口，進(jìn)行N+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散并在集電極引線孔的位置形成N+區(qū)，以制作歐姆接觸電阻。發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的同時進(jìn)行熱氧化，形成互連及電極制備的氧化膜。8）引線孔光刻：在氧化層上刻出引線孔。9）蒸鋁及鋁反刻：在整個硅片表面淀積金屬鋁，通過鋁反刻，將部分鋁層刻蝕掉，形成互連導(dǎo)線及接觸電極。10）合金：將反刻后的硅片加熱到一定溫度，恒溫一段時間，冷卻后獲得歐姆接觸。11）中測：對制備好的管芯進(jìn)行參數(shù)測量，不合格的管芯將做上特殊的記號，在裝片過程中將剔除。12）劃片：將硅片分成一個個獨立的管芯，以便于裝片。13）裝片與燒結(jié)：將獨立的管芯裝到管座上，并通過燒結(jié)使其與管座牢固粘接，并且管座與襯底導(dǎo)通，使管座成為集電極。14）鍵合：用導(dǎo)電性能良好的金絲或硅-鋁絲將管芯的各電極與管座的管腳一一連接。15）封裝：將管芯密封在管座內(nèi)。16）成測、打印、包裝：對晶體管的各種參數(shù)進(jìn)行測試，并根據(jù)規(guī)定分類，對合格的產(chǎn)品進(jìn)行打印、包裝、入庫。7.描述MOS器件的制造工藝流程。答：MOS器件的制造工藝流程為：襯底制備→場區(qū)氧化→有源區(qū)光刻→生長柵氧化層→淀積多晶硅→多晶硅刻蝕→源漏和多晶硅離子注入→退火→化學(xué)汽相淀積PSG→PSG熱熔流→引線孔刻蝕→金屬淀積和反刻→合金→中測→劃片→裝片與燒結(jié)→鍵合→封裝→測試打印包裝工藝流程說明：1）襯底制備：選擇P型（100）晶向的硅片。2）場區(qū)氧化：生長一層400nm左右厚的二氧化硅層，作為MOS器件之間的隔離。3）有源區(qū)光刻：光刻出NMOS管的制作區(qū)域。4）生長柵氧化層：用干氧氧化生長一層高質(zhì)量的致密氧化膜，厚度為40nm，作為柵氧化層。5）淀積多晶硅：利用硅烷熱分解法在硅片表面淀積一層多晶硅。6）多晶硅刻蝕：對多晶硅進(jìn)行刻蝕，形成多晶硅柵極。7）源和漏及多晶硅離子注入：磷離子注入，形成NMOS管的源漏區(qū)。8）退火：通過退火，源漏區(qū)向硅片體內(nèi)推進(jìn)，形成一定的結(jié)深。9）淀積PSG：化學(xué)汽相淀積磷硅玻璃PSG，作為平坦層。10）PSG熱融流：加熱使PSG熱融流，使硅片表面平坦化，有利于金屬層淀積。11）引線孔刻蝕：刻出金屬化的接觸孔窗口。12）金屬淀積和反刻：采用蒸發(fā)或濺射的方法淀積金屬化材料，然后進(jìn)行刻蝕，保留需要的金屬。13）合金：將反刻后的硅片加熱到一定溫度，恒溫一段時間，冷卻后獲得歐姆接觸。14）中測：對制備好的管芯進(jìn)行參數(shù)測量，不合格的管芯將做上特殊的記號，在裝片過程中將剔除。15）劃片：將硅片分成一個個獨立的管芯，以便于裝片。16）裝片與燒結(jié)：將獨立的管芯裝到管座上，并通過燒結(jié)使其與管座牢固粘接，并且管座與襯底導(dǎo)通，使管座成為集電極。17）鍵合：用導(dǎo)電性能良好的金絲或硅-鋁絲將管芯的各電極與管座的管腳一一連接。18）封裝：將管芯密封在管座內(nèi)。19）成測、打印、包裝：對晶體管的各種參數(shù)進(jìn)行測試，并根據(jù)規(guī)定分類，對合格的產(chǎn)品進(jìn)行打印、包裝、入庫。

第二章薄膜制備1.二氧化硅在半導(dǎo)體生產(chǎn)中有何作用？答：SiO2在半導(dǎo)體生產(chǎn)中主要有以下幾個作用：1）作為雜質(zhì)選擇擴(kuò)散的掩蔽膜。2）作為器件表面的保護(hù)和鈍化膜3）作為集成電路隔離介質(zhì)4）作為器件和電路的絕緣介質(zhì)5）作為MOS場效應(yīng)晶體管的絕緣柵材料2.二氧化硅阻擋雜質(zhì)要滿足什么條件？答：二氧化硅阻擋雜質(zhì)必須滿足如下兩個條件：1）二氧化硅膜要有足夠的厚度；2）雜質(zhì)在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)要遠(yuǎn)小于在Si中的擴(kuò)散系數(shù)，即DSiO2<<Dsi。3.組成二氧化硅的基本單元是什么？它有哪兩種主要結(jié)構(gòu)？答：1）二氧化硅的基本組成單元為Si-O四面體，四面體的中心是一個硅原子，四個氧原子位于四面體的四個頂角。2）它主要有結(jié)晶形的二氧化硅和無定型的二氧化硅兩種結(jié)構(gòu)。4.氧在二氧化硅中起何作用？它有哪兩種基本形態(tài)？答：1）氧在二氧化硅中起著聯(lián)接兩個Si-O四面體的作用，2）它有橋聯(lián)氧和非橋聯(lián)氧兩種基本形態(tài)。如果氧和兩個硅原子鍵合，則稱該氧原子為橋聯(lián)氧，如果氧只和一個硅原子相聯(lián)，則稱該氧原子為非橋聯(lián)氧。5.二氧化硅中的雜質(zhì)主要有哪幾種形式？它們對二氧化硅的機(jī)構(gòu)有何影響？答：1）二氧化硅中的雜質(zhì)主要有網(wǎng)絡(luò)形成劑和網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)劑兩種形式。2）網(wǎng)絡(luò)形成劑是指進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后能替代硅原子的位置，并由它們本身形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如硼原子和磷原子。但硼和磷摻入網(wǎng)絡(luò)后對網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度影響不同，硼會使非橋聯(lián)氧的數(shù)目減少，網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度增強(qiáng)；磷則會非橋聯(lián)氧的數(shù)目增加，網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度減弱。一般當(dāng)雜質(zhì)原子半徑與硅原子半徑相近時，雜質(zhì)為網(wǎng)絡(luò)形成劑。3）當(dāng)雜質(zhì)原子的半徑明顯大于硅原子半徑時，它們進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后往往處于網(wǎng)絡(luò)的間隙位置，這類雜質(zhì)稱為網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)劑，如Na、K、Ca、Ba、Pb等一些堿金屬原子。他們往往使網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度減弱。6.什么是熱氧化生長法？熱氧化后硅的體積如何變化？答：熱氧化生長法是指高溫下潔凈的硅片與氧化劑發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硅。根據(jù)熱氧化過程中硅原子的數(shù)目不變，即：硅的體積硅的原子密度=二氧化硅的體積二氧化硅的分子密度，可以得出：要生成1體積的二氧化硅，需消耗0.44體積的硅，反過來，消耗了1體積的硅，將生成2.27體積的二氧化硅。7.如果有生長2000?的二氧化硅膜，要消耗多少厚度的硅？答：2000*0.44=880?如果有生長2000?的二氧化硅膜，要消耗880?厚度的硅。8.寫出三種熱氧化生長法的原理和各自的特點。答：1）干氧氧化：干氧氧化是指高溫下干燥的氧氣與純凈的硅片反應(yīng)生成二氧化硅。反應(yīng)方程式為：特點：干氧氧化生成的二氧化硅結(jié)構(gòu)致密，干燥，均勻性和重復(fù)性好，對雜質(zhì)的掩蔽能力強(qiáng)，與光刻膠的粘附能力強(qiáng)，是一種理想的氧化膜。但干氧氧化的氧化速率慢，不適合生長較厚的二氧化硅層。2）水汽氧化：水汽氧化是指在高溫下，高純的水蒸汽與硅片反應(yīng)生成二氧化硅。反應(yīng)方程式為：特點是：氧化膜的結(jié)構(gòu)疏松，對雜質(zhì)的阻擋能力差，但氧化速率快。水汽氧化一般不單獨作為氧化膜的生長方式來阻擋雜質(zhì)的擴(kuò)散。3）濕氧氧化：濕氧氧化是指高溫下，干燥的氧氣通過一個95℃的水浴，攜帶了水蒸汽進(jìn)入氧化爐，氧氣和水蒸汽同時與硅反應(yīng)生成二氧化硅。特點是：濕氧氧化的生長速率在干氧氧化和水汽氧化之間，控制一定的水汽含量，就能使?jié)裱跹趸さ馁|(zhì)量接近于干氧氧化，其掩蔽性能和鈍化效果能滿足一般器件的要求。但濕氧氧化后硅片表面有硅烷醇的存在，使二氧化硅和光刻膠接觸不良，光刻時容易產(chǎn)生浮膠。9.寫出熱氧化生長法的主要規(guī)律。答：1）在氧化時間很短，氧化層較薄時，氧化層厚度約為：即氧化層厚度較薄時，厚度的增長與時間成線性關(guān)系，稱線性速率常數(shù)。這時氧化主要是受化學(xué)反應(yīng)速率控制。2）當(dāng)氧化時間較長，氧化層較厚時，氧化厚度約為：此時氧化層厚度的增長與時間成拋物線關(guān)系，B稱為拋物線速率常數(shù)。這時氧化速度主要受氧化劑擴(kuò)散速率的限制。10.影響熱氧化生長速率的因素有哪些？答：影響氧化生長速率的因素主要有溫度，氧化方式，硅的晶向，氧化劑的壓力，摻雜水平等。1）溫度：溫度越高，氧化生長速率越快2）氧化方式：水汽氧化速率>濕氧氧化速率>干氧氧化速率3）硅的晶向：在線性階段，（111）硅單晶的氧化速率將比（100）稍快。在拋物線階段，氧化速率與硅襯底的晶向無關(guān)。4）氧化劑壓力：氧化劑的壓力增強(qiáng)，氧化速率加快。5）摻雜水平：重?fù)诫s的硅要比輕摻雜的氧化速率快。11.在半導(dǎo)體生產(chǎn)中為何常采用干-濕-干的氧化方法。如果要生長5000nm的膜，需要氧化多長時間？（已知在T=1200℃，B濕=1.175*10-2μm2/min）答：1）干-濕-干的氧化方式，既能保證二氧化硅的厚度及一定的生產(chǎn)效率，又可以改善表面的完整性和解決了光刻時的浮膠問題。第一次干氧是為了獲得致密的二氧化硅表面，從而提高對雜質(zhì)的阻擋能力。濕氧主要用來形成所需的二氧化硅膜的厚度，提高生產(chǎn)效率。第二次干氧，不但可以改善二氧化硅和硅交界面的性能，還可以使二氧化硅表面干燥，提高二氧化硅和光刻膠的粘附性。2）在干-濕-干氧化中，濕氧氧化主要控制氧化層的厚度，5000nm屬于較厚的薄膜，因此利用公式：，代入B=1.175*10-2,τ=0，tox=5000nm=5μm，可得t≈2128min因此，如果要生長5000nm的膜，需要氧化2128min。12.描述二氧化硅-硅系統(tǒng)電荷的種類、產(chǎn)生原因及改進(jìn)措施。答：1）界面陷阱電荷產(chǎn)生原因：由于硅表面有不飽和的化學(xué)鍵，當(dāng)表層的硅轉(zhuǎn)變成二氧化硅時，并非界面上的所有的價鍵都會飽和。這些界面處未被消除的懸空鍵構(gòu)成了界面陷阱電荷。改進(jìn)措施：干氧氧化可加入少量的水汽可減少界面態(tài)密度，濕氧氧化則可以在氧化后在氫-氮氣氛或惰性氣氛中低溫退火來減少界面態(tài)。2）氧化層固定電荷產(chǎn)生原因：硅氧化過程中，在界面處氧離子不足而出現(xiàn)的氧空位引起的；改進(jìn)措施：可采用（100）晶面的硅單晶材料來減少固定電荷密度和界面態(tài)密度。3）氧化層陷阱電荷產(chǎn)生原因：高能電子、離子、電磁輻射或其它輻射掃過帶有二氧化硅的硅表面或者是由熱電子注入造成的。改進(jìn)措施：（1）選擇適當(dāng)?shù)难趸に嚄l件以改善SiO2的結(jié)構(gòu)，常用1000℃干氧氧化。（2）在惰性氣體中進(jìn)行低溫退火（150～400℃）可以減少電離輻射陷阱。（3）使用抗輻射的介質(zhì)膜作為鈍化膜，提高器件的耐輻射能力。如Al2O3-SiO2比單一的SiO2抗輻射能力強(qiáng)。4）可動電荷產(chǎn)生原因：人體以及工藝化學(xué)處理中所使用的化學(xué)試劑、去離子水等物品大量存在Na+，Na+就成為可動正離子的主要來源。改進(jìn)措施：（1）采用摻氯氧化以及用氯清洗爐管等相關(guān)容器。（2）加強(qiáng)工藝衛(wèi)生，嚴(yán)防硅片和一切用具直接與操作者接觸。（3）使用高純的化學(xué)試劑，改進(jìn)清洗方法和步驟，如用I、II號洗液代替酸洗液漂洗硅片。（4）采用電子束蒸發(fā)或者用鉬絲代替鎢絲做蒸發(fā)加熱器。（5）用Al2O3-SiO2,Si3N4-SiO2,PSG-SiO2等復(fù)合膜代替單一的SiO2膜。13.如何測試二氧化硅的厚度？答：測試二氧化硅厚度的方法主要有比色法、光學(xué)干涉法和橢圓偏振光法。1）比色法：利用白光照射二氧化硅產(chǎn)生的干涉色彩來估計氧化膜的厚度。比色法測氧化層的厚度比較方便，但不夠精確。2）光學(xué)干涉法：利用氧化層上干涉條紋的數(shù)目來求得氧化層的膜厚。公式為：式中，是SiO2折射率，在這個模型中假定與波長無關(guān)，N為干涉條紋數(shù)，它的計數(shù)方法為一個完整的干涉條紋包含一個亮條紋和一個暗條紋。3）橢圓偏振光法：它是利用橢圓偏振光照射到被測樣品表面，觀測反射光偏振狀態(tài)的改變，從而能測定樣品固有的光學(xué)常數(shù)或者樣品上的膜層的厚度。該法精確度很高。14.二氧化硅的缺陷包括哪幾個方面？答：1）表面缺陷，有斑點、裂紋、白霧等可用目檢或用顯微鏡進(jìn)行檢驗。2）氧化層中的體內(nèi)缺陷，主要有針孔和氧化層錯。15.敘述氫氧合成氧化的原理及特點？答：1）原理：氫氣、氧氣在一定的條件下燃燒生成水，水和硅片反應(yīng)生成二氧化硅。反應(yīng)式為：，2）特點：氫氧合成氧化所得到的膜的純度高，尤其是鈉離子沾污少。16.敘述高壓氧化的原理及特點？答：1）原理：利用壓力的增加，提高反應(yīng)室內(nèi)氧或水蒸汽的密度和在二氧化硅中的擴(kuò)散速率，增加氧化速率。2）特點：對于同樣的時間，高壓氧化則可以降低氧化的溫度，還能減少氧化層錯，是超大規(guī)模集成電路制造中進(jìn)行等平面工藝的理想方法。17.什么是摻氯氧化？它有何優(yōu)點？摻氯氧化時要注意哪些問題？答：1）摻氯氧化是在氧化氣氛中加入一定量的含氯氣體，如HCl、C2HCl3等。2）優(yōu)點：減少界面陷阱電荷；對鈉離子起俘獲和中性化作用；抑制氧化層錯；生成的氧化物純度高；氧化速率比在純氧中高。3）注意的問題：摻氯氧化是在干氧氧化中加入少量（1%-3%）的氯，一般不和水汽氧化同時進(jìn)行。18.熱分解氧化和熱氧化有何區(qū)別？它有何優(yōu)點？答：1）熱分解氧化利用含硅的化合物經(jīng)過熱分解反應(yīng)，在硅片表面淀積一層SiO2的方法。熱氧化是利用硅與二氧化硅在高溫下作用產(chǎn)生SiO2。2）熱分解氧化的優(yōu)點是：硅片不參加反應(yīng)，只是作為基片，所以也可以是其它的材料，例如金屬片、陶瓷等。淀積溫度比熱氧化溫度低；可以在非硅材料上形成二氧化硅，例如金屬層間介質(zhì)。19.簡述外延在半導(dǎo)體生產(chǎn)中的主要作用。答：外延在半導(dǎo)體生產(chǎn)中主要有以下作用：1）改善器件或電路的功率特性和頻率特性；2）易于實現(xiàn)器件的隔離；3）提高材料的完美性；4）增大了工藝設(shè)計和器件制造的靈活性。20.簡述最常用的外延生長的化學(xué)原理。答：外延是指在制備完好的單晶襯底上，沿其原來晶向，生長一層厚度、導(dǎo)電類型、電阻率及晶格結(jié)構(gòu)都符合要求的新的單晶層。這層單晶層稱為外延層。外延生長的方法有很多，其中最常用的是氣相外延，利用含硅的氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一層新的硅晶層。21.外延生長系統(tǒng)包括哪幾個主要方面？加熱爐的形狀有哪幾種，各有什么特點？答：1）外延生長系統(tǒng)包括氣體分布系統(tǒng)，反應(yīng)爐管、控制系統(tǒng)及尾氣系統(tǒng)。2）加熱爐的形狀有臥式、圓盤式、圓桶式。臥式可以提供高容量和高產(chǎn)出率，但生長過程中對整個基座長度范圍內(nèi)的控制還存在困難，同時用氣量大；圓盤式外延層的均勻性好，但設(shè)備較復(fù)雜；圓桶式除了有圓盤式的優(yōu)點外，可以使用紅外輻射加熱，減小因基座傳導(dǎo)加熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力引起的硅片變形和誘生缺陷。圓桶式不適用在1200℃以上的操作溫度。22.畫出四氯化硅汽化器的結(jié)構(gòu)框圖并說明主要工作原理。答：四氯化硅與氫氣反應(yīng)產(chǎn)生硅和氯化氫，為確保反應(yīng)向正方向進(jìn)行，保證外延生長，氫氣要保持過量。在外延前對硅襯底進(jìn)行汽相拋光，以去除硅片表面殘留的損傷層。外延開始時，在襯底上形成了許多大小約為數(shù)納米的分離的島狀物。隨著外延時間的增加，這些島狀物逐漸長大，最后連成一片，發(fā)展成新的晶面。外外延生長爐尾氣處理裝置真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)，冷卻水SiCl4摻雜源HCl純H2排氣質(zhì)量流量控制器真空閥23.說明在外延生長過程中如何適當(dāng)?shù)倪x擇四氯化硅的濃度和外延生長溫度？答：1）根據(jù)外延生長的速率公式，外延生長速率和四氯化硅的摩爾濃度成正比，濃度越高，外延生長速率越快，但當(dāng)H2中的SiCl4摩爾分量大于0.1時，生長速率隨著反應(yīng)劑濃度的增加反而在下降，甚至當(dāng)SiCl4的摩爾分量大于0.28時，出現(xiàn)外延負(fù)增長現(xiàn)象。采用SiCl4為反應(yīng)劑時，通常控制在低濃度區(qū)，以減少襯底的腐蝕，外延生長速率大約為1μm/min。2）為了使外延生長速率更穩(wěn)定，減少溫度對生長速率的影響，希望外延盡可能處于氣相質(zhì)量傳輸控制情況，兩者的轉(zhuǎn)換溫度約為1150℃，所以外延生長溫度一般大于此溫度。24.外延生長中的熱擴(kuò)散效應(yīng)對外延質(zhì)量有何影響？如何減小熱擴(kuò)散現(xiàn)象？答：1）在外延層和襯底的交界面附近，由于存在著雜質(zhì)濃度差，在高溫下，雜質(zhì)將從濃度高的地方向濃度低的擴(kuò)散。當(dāng)襯底中有高摻雜的埋層時，這種外擴(kuò)散現(xiàn)象就較為嚴(yán)重，它會造成外延層厚度的變化，甚至造成隔離制作的困難。2）為減小外擴(kuò)散現(xiàn)象，一方面可以降低外延生長溫度，例如采用SiH4熱分解外延法。另一方面，采用擴(kuò)散系數(shù)小的雜質(zhì)作為埋層摻雜源，例如用銻或砷摻雜。25.什么是外延中的自摻雜效應(yīng)？自摻雜的原因是什么？如何減小自摻雜現(xiàn)象？答：1）非反應(yīng)氣體有意摻入的雜質(zhì)引起的外延層的摻雜現(xiàn)象稱為自摻雜現(xiàn)象。2）襯底的反向腐蝕帶出的雜質(zhì)進(jìn)入氣相，再摻入后面的硅片中；襯底高溫下的雜質(zhì)蒸發(fā)，從背面或邊緣引入。3）可以采用襯底背面用高純硅或二氧化硅覆蓋；或者采用兩步外延法：先在襯底上生長一層薄外延層，將襯底的高濃度區(qū)覆蓋，然后停止處延，趕氣一段時間后再進(jìn)行外延；或者-低壓外延法。減小壓強(qiáng)，有利于揮發(fā)出來的雜質(zhì)逸散，減小自摻雜。26.什么是層錯？產(chǎn)生的原因是什么？以<111>晶向為例說明如何運用層錯法測外延層的厚度？測量時要注意什么問題？答：1）層錯又稱堆垛層錯，是因原子排列次序發(fā)生錯亂引起的。2）產(chǎn)生層錯的原因有：襯底表面的損傷和沾污，外延溫度過底，襯底表面上殘留的氧化物，外延過程中摻雜劑不純。3）利用了層錯圖形與外延層厚度之間的幾何關(guān)系可以測量外延層的厚度。以<111>晶向的外延，其層錯圖形是一個倒立的正三角，其厚度與層錯圖形的關(guān)系為：。4）測量時要注意必須先根據(jù)層錯形狀確定晶向，然后采用顯微鏡精確測量層錯圖形尺寸。27.說明外延厚度的檢測方法。答：外延層中的層錯大部分起始于外延層和襯底的交界面，并呈現(xiàn)一定的立體圖形。利用層錯法測外延層的厚度就是利用了這些層錯圖形與外延層厚度之間的幾何關(guān)系來進(jìn)行測量的。以<100>晶向為例，它的層錯是沿著4個(111)面向上伸展的，外延層的厚度，只要測出外延層表面的，就能得到厚度。28.說明用三探針法測外延層電阻率的原理和方法。答：1）原理：三探針法測外延層電阻率是利用不同電阻率材料，雪崩擊穿電壓值不同的特性進(jìn)行測量的。2）方法：擊穿電壓與外延層電阻率之間有以下關(guān)系：,其中a，b為常數(shù)，由測試系統(tǒng)決定。當(dāng)測出擊穿電壓V時，即可得到電阻率ρ。29.簡述硅烷熱分解外延法的原理及特點。答：硅烷在1000～1100℃條件下受熱分解產(chǎn)生硅和副產(chǎn)物氫氣，反應(yīng)式為：利用硅烷熱分解外延產(chǎn)生硅，反應(yīng)溫度比較低，還可以減少雜質(zhì)的自摻雜現(xiàn)象。反應(yīng)式為：30.簡述SOS外延的作用及方法。答：1）SOS外延（SilicononSapphire）是指在藍(lán)寶石上外延生長硅，是異質(zhì)外延，它能消除外延帶來寄生電容和漏電流，提高集成電路的速度。2）將藍(lán)寶石晶體切成600μm厚的晶片，用石膏研磨后再用二氧化硅乳膠進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，清洗后進(jìn)入反應(yīng)室。通入硅烷，加熱使其熱分解法產(chǎn)生硅。31.什么是分子束外延？它有何特點？答：分子束外延是指在超真空條件下，構(gòu)成晶體的各個摻雜原子（分子）以一定的熱運動速度，按一定比例噴射到熱的襯底表面上進(jìn)行晶體排列生長的外延技術(shù)。具有如下幾個特點：1）生長速率極慢；2）外延生長溫度低；3）超高真空中進(jìn)行，無沾污，外延層質(zhì)量好；4）它是一個動力學(xué)過程，而非熱力學(xué)過程；5）它是一個純的物理沉積過程，膜的組分和摻雜濃度可隨生長源的變化而迅速調(diào)整。6）設(shè)備復(fù)雜，價格昂貴，生產(chǎn)效率低，成本高。32.薄膜淀積的作用是什么？薄膜淀積有哪兩類？答：1）集成電路是由多層薄膜構(gòu)成，例如半導(dǎo)體薄膜多晶硅、鋁、銅、鎢等金屬薄膜以及二氧化硅、氮化硅等絕緣介質(zhì)薄膜。這些薄膜在集成電路中的作用不同，淀積方法也不同。選擇合適的淀積方法，制備不同的薄膜。2）薄膜淀積主要有化學(xué)氣相淀積和物理氣相淀積兩大類。33.薄膜淀積的過程如何？答：薄膜淀積主要通過物理或者化學(xué)作用產(chǎn)生所需要的薄膜分子，這些分子首先作為薄膜分子的核，然后越來越多的分子聚集成膜，最后覆蓋整個表面，即經(jīng)過：薄膜分子成核→聚集成膜→連續(xù)的膜過程。34.什么是CVD？它主要適合哪些薄膜？它有哪幾種主要的CVD方式？答：1）CVD，是指化學(xué)氣相淀積，它是通過氣體混合的化學(xué)反應(yīng)在硅片表面淀積一層固體薄膜的工藝。2）不僅可以用來制作電介質(zhì)薄膜，如二氧化硅，氮化硅，磷硅玻璃等，還可以用來制作半導(dǎo)體材料，如外延單晶硅、砷化鎵，多晶硅柵極;也可以用來淀積鎢，氮化鈦TiN,鈦等金屬膜。3）常用的CVD方式有：APCVD（常壓化學(xué)氣相淀積）、LPCVD（低壓化學(xué)氣相淀積）、PECVD（等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積）、HDPCVD（高密度等離子體化學(xué)氣相淀積）等幾種方式。35.寫出二氧化硅膜的三種主要的CVD制備方法的原理及各自的特點。答：1）APCVD制備SiO2膜（1）硅烷法（SiH4）：（2）TEOS-O3法：APCVD制備SiO2膜的特點：反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，設(shè)備要求簡單；低溫，淀積速度快；僅利用熱CVD工藝來淀積，避免了硅片表面和邊角損傷。2）LPCVD制備SiO2膜（1）用TEOS制備SiO2：(2)SiH2Cl2-N2O制備SiO2：LPCVD制備SiO2膜的特點：可以制備均勻性較好的SiO2膜，薄膜的均勻性、臺階覆蓋能力較好，溫度高于鋁的熔點，不能用于制作層間絕緣介質(zhì)。3）PECVD制備SiO2膜（1）SiH4-N2O法制SiO2膜：（2）TEOS法制SiO2膜在等離子狀態(tài)下，用TEOS來制備SiO2膜PECVD制備SiO2膜的特點：利用等離子體能量來維持CVD反應(yīng)；積速率相對較高，有利于提高生產(chǎn)效率；低溫；膜的密度大，針孔和空洞少；和硅片有很好的粘附能力；需真空和射頻電場支持，成本高。36.寫出BPSG的CVD制備原理并說明為什么要進(jìn)行熱熔流及如何進(jìn)行。答：制BPSG時，需要在反應(yīng)氣體中同時加入PH3和B2H6兩種氣體，反應(yīng)式為：制備BPSG之后為了獲得比較平整的表面，以利于金屬薄膜的淀積，常常加熱，使BPSG熱熔流。37.寫出氮化硅的CVD制備方法。答：1）LPCVD制備Si3N4薄膜：反應(yīng)條件：氣壓為10～100Pa，溫度控制在700～850℃，在淀積過程中必須輸入足夠的NH3，以保證所有的SiH2Cl2都被反應(yīng)掉。2）PECVD制備Si3N4薄膜：（1）SiH4-NH3制備Si3N4：反應(yīng)條件：NH3：SiH4控制在5：1～20：1（2）SiH4-N2制備Si3N4：反應(yīng)條件：N2：SiH4需要高達(dá)100：1～1000，即N2的濃度遠(yuǎn)高于SiH4濃度。38.寫出鎢的CVD制備方法。答：1）選擇性鎢：優(yōu)點是：鎢與硅有很好的接觸，可以降低接觸電阻。但這個過程將消耗襯底上的硅并造成結(jié)的損失，同時會將氟引入到襯底中。此外該選擇性也并非完美，2）全區(qū)鎢沉積：WCVD工藝一般由四個步驟組成：加熱并用SiH4浸泡，成核，大批淀積和殘余氣體清洗。SiH4浸泡時的反應(yīng)：成核時：

大批淀積時：39.什么是PVD？它主要適合哪些薄膜？它有哪幾種主要的制備方法？答：PVD，是指物理氣相淀積，是以物理的方式進(jìn)行薄膜淀積的一種技術(shù)，主要用于集成電路制造中的金屬、合金及金屬化合物薄膜的制備，主要有真空蒸發(fā)、濺射兩種制備方法。40.什么是鋁的尖刺現(xiàn)象？它是如何產(chǎn)生的？如何改進(jìn)？答：1）鋁在硅中的溶解度很低，但硅在鋁中的溶解度則較高，當(dāng)純鋁和硅界面被加熱時，硅就會向鋁中擴(kuò)散，在原來的位置留下一些空洞，鋁就會隨后滲下來。由于滲透得不均勻?qū)е落X在某些接觸點上滲入的很深，象尖釘一樣刺進(jìn)硅中。2）改進(jìn)方法：采用Al/Si合金金屬化引線，即在鋁中添加硅，硅從襯底向鋁中溶解速度將會減慢；使用金屬阻擋層結(jié)構(gòu)，以在鋁和硅之間淀積一層薄金屬層，阻止鋁、硅之間的作用，從而限制鋁的尖刺。41.如何使鋁硅接觸成為歐姆接觸，以降低接觸電阻？答：采用高摻雜來消除鋁-硅接觸中的肖特基現(xiàn)象，使其成為歐姆接接觸。在集成電路中NPN管集電極制備中，通過在集電區(qū)制作一個高摻雜的N+區(qū)域，作為歐姆接觸。42.什么是鋁的電遷移現(xiàn)象？它是如何產(chǎn)生的，對電路會有什么影響？如何改進(jìn)？答：1）鋁的電遷移現(xiàn)象是一種在大電流密度作用下的鋁離子的質(zhì)量輸運現(xiàn)象。當(dāng)直流電流密度較大，由于導(dǎo)電電子與鋁原（離）子之間的碰撞摩擦引起的相互間的動能轉(zhuǎn)換，使鋁原子沿著電子流動的方向運動，這樣在陰極，由于鋁原子的缺失造成金屬引線中的空洞，容易形成開路；在陽極,由于鋁原子的堆積造成小丘而容易形成金屬引線間的短路，從而使這種不均勻的結(jié)構(gòu)引起整個集成電路失效。2）改進(jìn)方法：使用Al-Cu或Al-Si-Cu合金，即在純鋁中加入合金成份，最常用的是加銅；采用三層夾心結(jié)構(gòu)，在二層鋁薄膜之間增加一個約厚的過渡金屬層，例如金屬鈦、鉻、鉭等；采用“竹狀”結(jié)構(gòu)。43.什么叫蒸發(fā)？它有哪兩種主要的蒸發(fā)方式。答：1）蒸發(fā)是指通過加熱，使待淀積的金屬原子獲得足夠的能量，脫離金屬表面蒸發(fā)出來，在飛行途中遇到硅片，就淀積在硅表面，形成金屬薄膜。2）蒸發(fā)主要有電阻加熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)兩種方式。44.什么叫電子束蒸發(fā)？它有何特點？答：1）電子束蒸發(fā)是利用經(jīng)高壓加速并聚焦的電子束，在真空中經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)打到蒸發(fā)源表面，當(dāng)功率密度足夠大時，可使3000℃以上高熔點材料迅速熔化，并蒸發(fā)淀積到襯底表面形成薄膜。2）電子束蒸發(fā)的特點有：（1）電子束蒸發(fā)淀積的鋁膜純度高，鈉離子沾污少；（2）提高臺階覆蓋能力，提高鋁膜的均勻性；（3）襯底采用紅外線加熱，直接烘烤硅片表面，工作效率高，雜質(zhì)沾污少；（4）蒸發(fā)面積大，工作效率高；（5）應(yīng)用范圍廣，可蒸發(fā)鉑、鉬、鈦等高熔點金屬材料。45.什么叫濺射？它有哪幾種主要的濺射方式？答：濺射是指用高能粒子從某種物質(zhì)的表面撞擊出原子的物理過程。主要有直流濺射、射頻濺射、磁控濺射等幾種方式。46.畫出直流濺射示意圖，并說明濺射原理。答：靶接地成為陰極，襯底接高電位，形成陽極。電場產(chǎn)生Ar+離子；高能Ar+金屬靶撞擊；將金屬原子從靶中撞出；金屬原子向襯底遷移；金屬原子淀積在襯底上；用真空泵將多余的物質(zhì)從腔中抽走

高能氬離子高能氬離子Ar+被濺射的金屬原子被濺射的金屬原子陰極靶材陽極47.和直流濺射相比，射頻濺射有何特點？答：射頻濺射是利用射頻放電等離子體中的正離子轟擊靶材、濺射出靶材原子從而沉積在接地的基板表面的技術(shù)。它是在靶和襯底之間加交流電，可以補(bǔ)充陰極絕緣體表面所損失的電子，不但可以用來濺射金屬還可以濺射絕緣介質(zhì)。射頻濺射可在低氣壓下進(jìn)行，濺射的薄膜比較致密、純度高、與硅片粘附性比較好。48.什么是磁控濺射？它有何作用？答：1）磁控濺射是指在直流濺射或射頻濺射中增加一個平行于靶表面的封閉磁場。2）作用：借助于靶表面上形成的正交電磁場，把二次電子束縛在靶表面特定區(qū)域來增強(qiáng)電離效率，增加離子密度和能量，從而實現(xiàn)高速率濺射的過程。

第三章光刻1.什么叫光刻，光刻在半導(dǎo)體生產(chǎn)中起何作用？答：光刻是利用光刻膠的感光性和耐蝕性，在二氧化硅或金屬膜上復(fù)印并刻蝕出與掩膜版完全對應(yīng)的幾何圖形，以實現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬膜布線的目的。光刻的根本目的是要在介質(zhì)層或金屬薄膜上刻出與掩膜版相對應(yīng)的圖形。光刻工藝是一種非常精細(xì)的表面加工技術(shù)，在平面器件和集成電路生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，在半導(dǎo)體生產(chǎn)中主要用于各種薄膜的圖形制備，例如擴(kuò)散窗口，金屬互連等等。器件的橫向尺寸控制幾乎全由光刻來實現(xiàn)，因此，光刻的精度和質(zhì)量將直接影響器件的性能指標(biāo)，同時也是影響器件成品率和可靠性的重要因素。2.光刻的根本原理是什么？答：光刻的根本原理就是進(jìn)行圖形的轉(zhuǎn)移，首先通過圖像復(fù)印技術(shù)，把掩膜版的圖像復(fù)印到光刻膠上，然后再利用刻蝕技術(shù)把光刻膠的圖像傳遞到薄膜上，從而在所光刻的薄膜上得到與掩膜版相同或相反的圖形。3.根據(jù)溶解性變化的不同，光刻膠分為哪兩大類？它們各有何特點？答：根據(jù)溶解性變化的不同，光刻膠分為正性光刻膠（正膠）和負(fù)性光刻膠（負(fù)膠）。1）正性光刻膠曝光后由不溶變成可溶，顯影后得到與掩膜版相同的圖形。分辨率比較高，在IC制造中的應(yīng)用更為普及。2）負(fù)性光刻膠曝光后由原來的可溶變成不溶，顯影后得到與掩膜版相反的圖形，負(fù)性膠對硅片有良好的粘附性和對刻蝕良好的阻擋性。但分辨率較低，只有2.0μm。4.以正膠為例計畫出光刻工藝的主要流程圖。答：1）預(yù)處理：檢查硅片表面的平整度和潔凈度，可以通過脫水烘烤，使硅片表面清潔干燥，然后涂抹一層增粘劑HMDS，提高光刻膠與襯底的粘附性；2）涂膠：在硅片表面采用旋轉(zhuǎn)涂布法（滴涂或者噴涂）涂抹一層粘附良好、厚度適當(dāng)、均勻的光刻膠；3）前烘：加熱，使光刻膠的溶劑會發(fā)，膠膜干燥，增強(qiáng)粘附力和耐磨性；4）曝光：對于涂膠的基片進(jìn)行對準(zhǔn)和光化學(xué)反應(yīng)，使曝光后的膠膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。主要有光學(xué)曝光、X射線曝光、電子束曝光等形式；5）顯影：將曝光后的基片放入適當(dāng)?shù)娜軇┲?，然后取出部分光刻膠，獲得所需要的圖形；6）堅膜：在一定溫度下烘焙，去除殘留的顯影液和水分，改變膠膜與襯底的粘附性，增強(qiáng)膠膜的抗腐蝕能力；7）刻蝕：利用濕法刻蝕或者干法刻蝕，取出沒有被光刻膠覆蓋的下層材料，或者完整、清晰、準(zhǔn)確的圖形；8）去膠：利用溶劑、氧化或者等離子體去除覆蓋的光刻膠薄膜。SiOSiO2HMDS預(yù)處理（脫水烘烤，增粘）SiO2HMDS光刻膠PR涂膠SiO2HMDS光刻膠PR對準(zhǔn)和曝光刻蝕顯影SiO2HMDS光刻膠PRSiO2HMDS光刻膠PRSiO2去膠5.在光刻前要對硅片表面做哪些質(zhì)量檢查？答：在光刻前要對硅片表面進(jìn)行平面度和潔凈度檢查。1）為保證分辨率，曝光時必須將襯底上所有各點都處于成像透鏡的焦深范圍之內(nèi)。平面度不良，則很難保證襯底上所有各點都處于成像透鏡的焦深范圍之內(nèi)。2）光刻必須保證硅片表面清潔、干燥，這樣才可以使硅片與光刻膠保持良好的粘附。因此在涂膠之前必須對硅片進(jìn)行預(yù)處理：脫水烘烤和HMDS增粘處理。6.涂膠采用何種方法？答：目前涂膠的方法主要采用旋轉(zhuǎn)涂膠法，主要經(jīng)過滴膠加速旋轉(zhuǎn)甩膠溶劑揮發(fā)四個步驟，最終在硅片表面得到一層均勻覆蓋的光刻膠。7.前烘、后烘的目的是什么？各用什么方法？答：1）前烘，又稱軟烘，它的目的主要是：將硅片上覆蓋的光刻膠溶劑去除；增強(qiáng)光旋膠的粘附性以便在顯影時光刻膠可以很好地粘附；緩和在旋轉(zhuǎn)過程中光刻膠膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力；防止光刻膠沾到設(shè)備上。常用的方法是烘箱軟烘、紅外線加熱器、真空熱板軟烘，其中真空熱板法應(yīng)用最為廣泛。2）后烘又稱堅膜，目的是除去顯影時膠膜所吸收的顯影液和殘留的水份，改善膠膜與硅片的粘附性，增強(qiáng)膠膜的抗蝕能力。采用的方法與前烘一樣。8.為什么要進(jìn)行對位曝光？什么叫套準(zhǔn)精度？答：1）集成電路制造過程中需要經(jīng)過多次光刻中，除了第一次光刻以外，其余層次的光刻在曝光前都要將該層次的圖形與以前層次留下的圖形對準(zhǔn)，所以在曝光前第一步要將掩膜版上的對準(zhǔn)記號與硅片上的對準(zhǔn)記號對準(zhǔn)，即對位。2）套準(zhǔn)精度是指要形成的圖形層與前層的最大相對位移。一般而言大約是關(guān)鍵尺寸的三分之一。9.曝光有哪幾種方法？各有何特點？曝光時要注意什么問題？答：1）接觸式：掩膜版和光刻膠緊密接觸，沒有光的衍射現(xiàn)象，分辨率高，可以刻出亞微米圖形。但掩模版與硅片接觸會損壞光刻膠層或掩膜版，使掩膜版壽命下降。2）接近式：掩膜版和光刻膠之間留有10-20nm的間隙。使掩膜版和光刻膠損壞導(dǎo)致的缺陷數(shù)量大大減少。但會出現(xiàn)光的發(fā)散，使光刻膠上的圖形模糊，分辨率下降。3）投影式：將掩膜版上的圖形投影到光刻膠表面，就像是幻燈片（掩膜版）被投影到屏幕（晶圓）上一樣。在掩膜版與硅片間不存在光的發(fā)散，分辨率高，掩膜版的壽命比較長。在曝光中除了要控制光線的清晰度及掃描或步進(jìn)的精度外，還要嚴(yán)格控制曝光劑量，曝光時間。10.什么叫顯影？正膠、負(fù)膠的顯影機(jī)理各是什么？答：1）顯影是利用一定的化學(xué)試劑將經(jīng)過曝光后的可溶性的光刻膠溶解掉，從而在光刻膠上顯示出與掩膜版對應(yīng)的圖形。2）正膠顯影機(jī)理：曝光后的硅片放入顯影液中，受到光照部分區(qū)域溶解，未被光照部分保持原有狀態(tài)。3）負(fù)膠顯影機(jī)理：曝光后的硅片放入顯影液中，受到光照部分區(qū)域保持原有狀態(tài)，未被光照部分部分區(qū)域溶解。11.從曝光和顯影的機(jī)理說明為什么正膠的分辨率比負(fù)膠的分辨率高。答：1）負(fù)膠：曝光區(qū)域發(fā)生交聯(lián)，難溶于顯影液，并且負(fù)膠具有良好的粘附能力，且在顯影時容易發(fā)生膨脹，會使得線條變形。所以只能用于2μm的分辨率。2）正膠：曝光區(qū)域更加容易溶解于顯影液，而且粘附性較差，因此去除不需要的光刻膠就比較容易并且干凈。

第四章刻蝕1.敘述二氧化硅、鋁的濕法腐蝕的原理。答：1）二氧化硅的濕法腐蝕液配比為：反應(yīng)式為：其中NH4F作為緩沖劑，用于控制腐蝕的速度，HF作為主要的反應(yīng)物質(zhì)。2）鋁的濕法腐蝕液為磷酸，它與鋁反應(yīng)能生成可溶于水的酸式磷酸鋁，反應(yīng)式為：腐蝕時反應(yīng)激烈，會有氣泡不斷冒出，影響腐蝕的均勻性，為此，可在腐蝕液中加入少量無水乙醇或在腐蝕時采用超聲振動。腐蝕溫度一般為70-90℃。2.說明濕法腐蝕的特點。答：1）純化學(xué)作用，設(shè)備簡單，選擇比高，損傷??；2）各向同性的側(cè)壁形貌，線寬損失大，分辨率在3μm以上。3）刻蝕速率受溫度和材料性質(zhì)影響大且不易控制，均勻性不好。4）批處理，容量大，但化學(xué)試劑用量大且有害，處理麻煩，也不利于環(huán)境保護(hù)。3.敘述含硅化合物、鋁的干法刻蝕的原理。答：1）含硅化合物干法刻蝕所用氣體主要為CF4，它在強(qiáng)電場作用下電離成為多種含氟的活性基，氟的活性基與硅薄膜發(fā)生反應(yīng)，生成可揮發(fā)性的氣態(tài)物質(zhì)從而將薄膜刻蝕掉。反應(yīng)式為：2）鋁的干法刻蝕常用氣體為BCl3，常常添加Cl2，反應(yīng)式為：產(chǎn)生的AlCl3氣體會與光刻膠中的碳反應(yīng)生成聚合物，沉積在金屬側(cè)墻上，保護(hù)側(cè)墻不受離子的轟擊，從而得到很好的各向異性刻蝕。4.說明干法刻蝕的特點。答：1）可實現(xiàn)各向異性的刻蝕，圖形保真性高，有很好的線寬尺寸控制，分辨率可在1μm以下的精細(xì)圖形加工的主要刻蝕方法；2）刻蝕速率有較好控制，刻蝕均勻性好；3）刻蝕選擇比濕法刻蝕差，無光刻膠脫落問題，但存在等離子誘發(fā)損傷，注意刻蝕終點的監(jiān)測。4）較少的化學(xué)物品使用和處理費用，但設(shè)備復(fù)雜，成本高。5.說明干法去膠的方法及特點。答：干法去膠主要是等離子體去膠，就是用等離子體氧化或分解的方式將光刻膠剝除。干法去膠的特點：刻蝕率高，對環(huán)境污染小，去膠過程易精確控制，在現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。6.干法刻蝕的終點監(jiān)測有哪些方法？敘述發(fā)射光譜分析法進(jìn)行終點檢測的原理。答：1）干法刻蝕的終點監(jiān)測方法主要有：發(fā)射光譜分析法，激光干涉測量法，質(zhì)譜分析法。2）原子或分子受到外場激發(fā)后從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)的不穩(wěn)定性,在極短的時間內(nèi)又會迅速地回到基態(tài),同時將吸收的能量以光輻射的形式重新釋放出來。不同的原子或分子從基態(tài)到不同的激發(fā)態(tài)所對應(yīng)的能量各不相同,因此它們所對應(yīng)的光輻射的波長也各不相同。發(fā)射光譜分析法是通過監(jiān)控來自等離子體反應(yīng)中一種反應(yīng)物的某一特定發(fā)射光譜峰或波長，在預(yù)期的刻蝕終點可探測到發(fā)射光譜的改變，從而來推斷刻蝕過程和終點,這就是發(fā)射光譜法的最基本原理。

第五章?lián)诫s1.什么是摻雜，摻雜在半導(dǎo)體生產(chǎn)中有何作用？摻雜有哪兩大類？答：1）摻雜是指用人為的方法，按照一定的方式將雜質(zhì)布摻入到半導(dǎo)體等材料中，使其數(shù)量和濃度分布均符合要求，借此改變材料電學(xué)性質(zhì)或機(jī)械性能，達(dá)到形成半導(dǎo)體器件的目的。2）摻雜在半導(dǎo)體中的作用有：形成PN結(jié)：NPN晶體管基區(qū)、發(fā)射區(qū)形成，MOS源漏的形成等等；改變材料的電阻率：多晶硅的摻雜，減小柵極的電阻；改變材料的某些特性：BSG，PSG，F(xiàn)SG等3）摻雜的方式主要有熱擴(kuò)散和離子注入。2.什么叫熱擴(kuò)散？答：擴(kuò)散是指雜質(zhì)原子在高溫下，在濃度梯度的驅(qū)使下滲透進(jìn)半導(dǎo)體體內(nèi)，并形成一定的分布，從而改變導(dǎo)電類型或摻雜濃度。3.熱擴(kuò)散有哪兩種機(jī)構(gòu)？分別舉例說明什么是慢擴(kuò)散和快擴(kuò)散雜質(zhì)？答：1）熱擴(kuò)散有替位式擴(kuò)散、間隙式擴(kuò)散兩種機(jī)構(gòu)2）慢擴(kuò)散雜質(zhì)：硼、磷、砷、銻等雜質(zhì)的擴(kuò)散激活能大于3eV,所以替位式擴(kuò)散是主要的擴(kuò)散機(jī)制，這些雜質(zhì)稱為慢擴(kuò)散雜質(zhì)。3）快擴(kuò)散雜質(zhì)：銅、金、銀等雜質(zhì)的擴(kuò)散激活能一般小于2eV，所以間隙式是其主要的擴(kuò)散機(jī)構(gòu)，這些雜質(zhì)稱為快擴(kuò)散雜質(zhì)。4.什么是恒定表面源擴(kuò)散？雜質(zhì)分布滿足什么規(guī)律？它有何特點？答：1）恒定表面濃度擴(kuò)散是指在擴(kuò)散過程中外界始終提供雜質(zhì)源，硅片表面濃度始終保持在恒定的值，該值可達(dá)到硅片在擴(kuò)散溫度下雜質(zhì)在硅中的最大固溶度。2）雜質(zhì)分布滿足余誤差函數(shù)分布。3）特點是表面濃度始終保持不變，但單位面積的雜質(zhì)總量隨著時間的變化而變化，是可調(diào)的。5.什么是有限雜質(zhì)源擴(kuò)散？雜質(zhì)分布滿足什么規(guī)律？它有何特點？答：1）恒定總量的雜質(zhì)以一層薄膜的形式預(yù)先淀積在硅片表面，接著雜質(zhì)便擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體，在以后的擴(kuò)散中外界不再提供雜質(zhì)源，稱為有限雜質(zhì)源擴(kuò)散。2）有限雜質(zhì)源擴(kuò)散雜質(zhì)分布滿足高斯分布。3）有限雜質(zhì)源擴(kuò)散的特點是：表面濃度隨著時間的改變面改變，是可調(diào)節(jié)的，但單位面積雜質(zhì)總量不可調(diào)的。6.解釋擴(kuò)散系數(shù)，單位面積雜質(zhì)總量，表面濃度，固溶度概念。答：1）擴(kuò)散系數(shù)：擴(kuò)散系數(shù)是沿擴(kuò)散方向，在單位時間每單位濃度梯度的條件下，垂直通過單位面積所擴(kuò)散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)，單位是cm2/s或者m2/s,擴(kuò)散系數(shù)的大小主要取決于擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的種類及其溫度和壓力。2）單位面積雜質(zhì)總量：單位面積擴(kuò)散進(jìn)去的雜質(zhì)總量，又成為稱為雜質(zhì)劑量。3）表面濃度：硅片表面表面的雜質(zhì)濃度，稱為表面濃度。4）固溶度：一定溫度下，雜質(zhì)在固體中的最大濃度。擴(kuò)散中是指可以摻雜的雜質(zhì)的最大含量。7.什么是兩步擴(kuò)散法？它在半導(dǎo)體生產(chǎn)中有何作用？答：第一步稱為預(yù)淀積或預(yù)擴(kuò)散，采用恒定表面源擴(kuò)散的方式，在硅片表面薄層內(nèi)淀積一定數(shù)量的雜質(zhì)，目的是控制摻入的雜質(zhì)總量。預(yù)淀積一般擴(kuò)散溫度較低，擴(kuò)散時間較短，雜質(zhì)原子在硅片表面擴(kuò)散深度很淺，如同在硅片表面薄層內(nèi)，這為第二步的擴(kuò)散提供了雜質(zhì)源。第二步利用有限源擴(kuò)散的方式使薄層內(nèi)的雜質(zhì)向硅片體內(nèi)推進(jìn)，形成一定的結(jié)深和雜質(zhì)分布，稱為再分布，也稱主擴(kuò)散。在再分布過程中，隨著擴(kuò)散時間的增加，表面濃度不斷下降，擴(kuò)散深度不斷增加，因此能進(jìn)行較好的控制，但雜質(zhì)總量不變。同時在再分布過程中通入氧氣，在硅片表面形成下一次擴(kuò)散所需要的二氧化硅掩蔽層。8.內(nèi)建電場對雜質(zhì)擴(kuò)散有何影響？答：內(nèi)建電場有助于雜質(zhì)離子的擴(kuò)散，從而使擴(kuò)散系數(shù)不再是常數(shù)，會產(chǎn)生一個電場增強(qiáng)因子，這種影響也稱為場助擴(kuò)散效應(yīng)。9.什么是基區(qū)陷落效應(yīng)？對器件或電路有何影響？如何改進(jìn)？答：1）基區(qū)陷落效應(yīng)是指在基區(qū)中進(jìn)行發(fā)射區(qū)擴(kuò)散時，發(fā)射區(qū)下的基區(qū)推進(jìn)深度較發(fā)射區(qū)外的基區(qū)推進(jìn)深度大，造成基區(qū)陷落，又稱發(fā)射區(qū)推進(jìn)效應(yīng)。2）影響：使基區(qū)有效寬度增加，從而影響到放大倍數(shù)、特征頻率、速度的提高。3）改進(jìn)：基區(qū)陷落效應(yīng)主要是因為磷原子與硅原子的半徑不同，在磷擴(kuò)散區(qū)造成較大的應(yīng)力，產(chǎn)生原子與空位對的分離，增加了空位的濃度，從而加快基區(qū)硼的擴(kuò)散速率。因此可以采用其他的摻雜物質(zhì)來代替磷原子，例如在微波晶體管中可以采用砷擴(kuò)散來代替磷擴(kuò)散。或者在設(shè)計晶體管的時候提前將基區(qū)陷落效應(yīng)因素考慮在內(nèi)。10.簡述液態(tài)源硼擴(kuò)和磷擴(kuò)的雜質(zhì)源與擴(kuò)散原理。答：1）液態(tài)硼源：硼酸三甲酯B(OCH3)3，反應(yīng)式為：2）液態(tài)磷源主要有POCl3，PCl3，PBr3等，POCl3在室溫下有很高的蒸汽壓，極易揮發(fā)，常用作發(fā)射區(qū)磷擴(kuò)散源，反應(yīng)式為：11.簡述片狀源硼擴(kuò)和磷擴(kuò)的雜質(zhì)源與擴(kuò)散原理。答：1）片狀硼源：氮化硼，將氮化硼片在一定溫度下用氧氣活化0.5-1h,使表面穩(wěn)定的BN表面轉(zhuǎn)變成B2O3。然后與硅反應(yīng)生成二氧化硅與硼原子，反應(yīng)式為：2）片狀硼源：由偏磷酸鋁Al(PO3)3和焦磷酸硅SiP2O7組成，在高溫下分解產(chǎn)生P2O5，與硅反應(yīng)產(chǎn)生磷原子，反應(yīng)式為：12.寫出雙溫區(qū)銻擴(kuò)的擴(kuò)散原理及特點。答：1）常用的銻雜質(zhì)源為粉末狀的三氧化二銻，反應(yīng)式為：雙溫區(qū)銻擴(kuò)是指將雜質(zhì)源和硅片分別放在兩個恒溫區(qū)中，用攜帶氣體攜帶了輔爐區(qū)的雜質(zhì)源蒸汽進(jìn)入主爐區(qū)，和硅片反應(yīng)，在硅片表面淀積一定數(shù)量的雜質(zhì)，完成預(yù)淀積。預(yù)淀積結(jié)束后將盛放雜質(zhì)源的小舟取出，在一定的溫度下使雜質(zhì)向里擴(kuò)散，進(jìn)行再分布。2）特點：可以減小在外延過程中埋層的外擴(kuò)散現(xiàn)象。13.什么叫結(jié)深？寫出結(jié)深的計算公式。答：1）結(jié)深是指PN結(jié)所在的幾何面到硅片表面的距離，用Xj表示。2）結(jié)深的計算公式：其中A是與雜質(zhì)分布類型、襯底雜質(zhì)濃度和表面雜質(zhì)濃度有關(guān)的量，可以通過查曲線或表得到。14.什么叫方塊電阻？有何物理意義？如何計算任何長方形的電阻？答：1）方塊電阻是指電流流經(jīng)一個長寬相等，厚為Xj的擴(kuò)散薄層時所顯示出來的電阻，用Rs或R□來表示，它的單位為。2）根據(jù)公式可以得出：方塊電阻反應(yīng)了單位面積擴(kuò)散進(jìn)硅片的雜質(zhì)總量，方塊電阻越大，說明擴(kuò)散進(jìn)去的雜質(zhì)總量越少。3）如果已知方塊電阻，對于其他任意方形的薄層就能算出電阻。利用公式：L’L’LIXj其中L，L’如圖所示。15.如何測量結(jié)深和方塊電阻？答：1）結(jié)深的測量：（1）磨角染色法：利用磨角器將PN結(jié)磨出一個斜面，利用染色液與不同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料化學(xué)反應(yīng)速度不同，在斜面上將P區(qū)和N區(qū)分開，從而顯示PN結(jié)。計算公式為：其中l(wèi)為顯微鏡中斜面的長度，θ為磨角器的角度。（2）滾槽法：利用圓柱體在硅片表面磨出一個凹槽，使PN結(jié)在凹槽面上展開，利用染色液與兩種不同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料化學(xué)反應(yīng)速度不同的原理，使PN結(jié)在凹槽上顯示出來。計算公式為：，其中，，a、b如圖所示。2）方塊電阻的測量：（1）四探針法：利用四根探針分別測出電流和電壓來測量薄層電阻的，測試原理如圖所示。1、4兩根為電流探針，2、3兩根探針為電壓探針。計算公式為：當(dāng)探針間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)深時，幾何修正因子C的值為4.5325（2）范德堡法：四探針法的一種修正方法。它是在一對相鄰的接觸點之間施加電流，并在另一對接觸點之間測量電壓。為提高精度，將探針接法旋轉(zhuǎn)九十度，并這樣重復(fù)測量三次，因此平均電阻可由下式算出計算公式為：是一個與探針排列形狀有關(guān)的修正因子。一個正方形的探針排列，。16.什么叫離子注入？和熱擴(kuò)散相比，離子注入有何優(yōu)點？答：1）離子注入，是先使待摻雜的原子或分子電離，再加速到一定的能量，使之注入到晶體中，然后經(jīng)過退火使雜質(zhì)激活，從而達(dá)到摻雜目的。2）離子注入的優(yōu)點：精確控制雜質(zhì)含量；很好的雜質(zhì)均勻性；對雜質(zhì)穿透深度有很好的控制；注入雜質(zhì)純度高；低溫工藝；注入離子能穿透薄膜；無固溶度極限；橫向擴(kuò)散小。17.什么是射程和射程的標(biāo)準(zhǔn)偏差？它們由哪些因素決定？答：1）射程是指注入過程中，離子穿入硅片的總距離，用X來表示。射程的標(biāo)準(zhǔn)偏差是指：投影射程與平均投影射程偏離值的均方根，ΔRp來表示，體現(xiàn)了入射離子分布的離散度。2）決定因素：注入離子的能量，質(zhì)量及靶材料的質(zhì)量和入射角度。18.電荷數(shù)為1的正離子在電勢差為200kV的電場中運動，它的能量是多少？答：則電荷數(shù)為1的正離子在電勢差為200kV的電場中運動，它的能量是200keV。RpRpXNmax答：在非晶靶中典型的雜質(zhì)分布近似于高斯分布，它的濃度在最大值兩邊對稱下降，如圖所示。最大值為平均投影射程外，離開平均投影射程越遠(yuǎn)，濃度下降得越快。雜質(zhì)分布公式為：雜質(zhì)濃度最大值為：因此當(dāng)注入雜質(zhì)的種類、注入能量、靶材料及注入劑量確定后，就能基本確定注入雜質(zhì)的縱向分布。20.離子注入機(jī)由哪幾部分組成？各部分有何主要作用？答：離子注入機(jī)主要包括：離子源，磁分析器，聚焦陽極，加速管，偏束板，X\Y偏轉(zhuǎn)板，靶室。1）離子源和吸極：作用是使所需要的雜質(zhì)原子電離成正離子，并通過吸出系統(tǒng)形成離子束。2）磁分析器：將所需要的雜質(zhì)離子從混合的離子束中分離出來。3）聚焦陽極：將離子聚焦成束4）加速管：把經(jīng)磁分器篩選后的離子能量，提高到所需要的數(shù)值，以便有足夠的動能注入到靶材料中。5）偏束板：利用偏轉(zhuǎn)電極，使離子束在進(jìn)入靶室前一段距離內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由于中性原子不能被電極偏轉(zhuǎn)，它們將繼續(xù)直行，撞擊到接地的收集板上，借此去除中性原子。6）掃描系統(tǒng)：在一套X-Y電板上加特定電壓，使離子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以掃描的方式注入硅片。7）靶室：接收注入離子同時要監(jiān)控注入劑量。靶室必須保持真空，以免雜質(zhì)污染硅片，同時要配有良好的裝卸硅片的機(jī)械裝置在進(jìn)樣室和靶室的掃描盤間傳送硅片。21.磁分析器的工作原理是什么？答：磁分析器的工作原理：根據(jù)公式：可以得出：當(dāng)磁場強(qiáng)度和吸極電壓確定后，雜質(zhì)離子的運動半徑與離子的荷質(zhì)比（q/m）有關(guān)。對于一定荷質(zhì)比的雜質(zhì)離子，可以通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度的大小來調(diào)節(jié)它的運動曲率半徑，從而使所選擇的雜質(zhì)離子的曲率半徑等于磁分析器的圓弧半徑，從而離子流能順利通過磁分析器的圓弧軌道進(jìn)入后續(xù)部分。而不符合該荷質(zhì)比的雜質(zhì)離子，其曲率半徑將偏離R,從而被磁分析器的內(nèi)撞擊板和外撞擊板擋住而過濾掉。22.靶室的作用是什么？它是如何計算注入劑量的？答：接收注入離子同時要監(jiān)控注入劑量。靶室必須保持真空，以免雜質(zhì)污染硅片，同時要配有良好的裝卸硅片的機(jī)械裝置在進(jìn)樣室和靶室的掃描盤間傳送硅片。它是利用法拉第杯的傳感器測量離子束電流，然后通過公式計算：其中：Φ為晶圓上單位面積的注入劑量，I為束流強(qiáng)度,A為硅片的面積,t為注入時間。23.設(shè)襯底直徑為75mm，用80kV高壓進(jìn)行B+注入，束流直徑I=10μA，注入時間為10min，求注入離子的分布。答：直徑為75mm硅片，面積為：根據(jù)公式：根據(jù)表5-2可查得在80KeV注入能量下，硼在硅中的平均投影射程和射程標(biāo)準(zhǔn)偏差為：據(jù)注入離子分布的公式，峰值濃度位于X=Rp處，則因此離子注入分布公式為：其中：24.離子注入后為何要進(jìn)行退火？退火的方法有哪些？答：1）離子注入過程產(chǎn)生大量的襯底損傷，另外注入物質(zhì)是作為摻雜劑，必須占據(jù)晶格位置，才有電活性，因此需要通過退火消除晶格損傷和激活雜質(zhì)。2）退火的方法有傳統(tǒng)熱退火和快速熱退火。在傳統(tǒng)熱退火中，使用類似于熱氧化的整批式開放爐管系統(tǒng)，把硅片加熱到800到1000℃并保持30分鐘。在此溫度下，硅原子重新回到晶格位置，雜質(zhì)原子也能替代硅原子位置進(jìn)入晶格?？焖贌嵬嘶鹩脴O快的升溫和在目標(biāo)溫度（一般是1000℃）短暫的持續(xù)時間對硅片進(jìn)行處理。注入硅片的退火通常在通入Ar2或N2的快速熱處理機(jī)中進(jìn)行。

第六章平坦化1.說明平坦化在VLSI中的作用及主要的平坦化方式。答：1）作用：可以允許光刻工藝采用更高的分辨率；可以消除由于PVD臺階覆蓋性差引起的邊墻減?。幌橘|(zhì)層工藝中的厚光刻膠區(qū)域，不再需要過度曝光和顯影，改善金屬圖形工藝和通孔工藝的分辨率；可以使薄膜淀積均勻化，消除了過刻蝕的必要性，減小了襯底損傷和鉆蝕的可能性；還可以減少缺陷密度，提高成品率。2）平坦化方式：反刻、回流、旋涂玻璃法（SOG）、化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）。2.簡要描述SOG工藝。答：它是在硅片上旋涂不同的液體材料以獲得平坦化的一種技術(shù)。例如將介電材料溶解在某些有機(jī)溶液中，然后以旋涂的方式涂抹在晶片表面，利用流態(tài)的介電材料有很好的臺階間隙填充能力，使晶片表面獲得平坦化。它是一種局部平坦化。主要應(yīng)用于層間介質(zhì)，特別是在0.35um及以上器件的制造中得到普遍應(yīng)用。3.什么是CMP平坦化工藝？它的平坦化機(jī)理是什么？答：CMP是利用化學(xué)腐蝕及機(jī)械作用對加工過程中的硅片或其它襯底材料進(jìn)行平坦化處理的一種技術(shù)。它包含兩方面：一是化學(xué)腐蝕，即表面材料與磨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一層相對容易去除的物質(zhì)；二是機(jī)械研磨，即在壓力的作用下，軟化的表面層在研磨顆粒與拋光墊的相對運動中機(jī)械地磨去。4.CMP常見的工藝參數(shù)有哪些？答：平整度、研磨均勻性、磨除速率、選擇比、缺陷。5.簡述影響CMP平坦化工藝質(zhì)量的因素。答：拋光壓力、轉(zhuǎn)速、拋光區(qū)域溫度、拋光液粘度、拋光液的PH值、拋光液流速、磨粒尺寸、濃度及硬度。6.CMP終點檢測有哪些方法？答：電動機(jī)電流CMP終點檢測、光學(xué)干涉法終點檢測、紅外終點檢測。7.CMP工藝在集成電路中有哪些應(yīng)用？答：CMP已經(jīng)成為當(dāng)前最重要的一種平坦化技術(shù)，它的應(yīng)用很廣泛，不僅可以CMP二氧化硅，還可以CMP多晶硅、金屬等等，主要應(yīng)用于層間介質(zhì)平坦化（ILD）、淺溝槽隔離（STI）、鎢插塞制作、雙大馬士革銅結(jié)構(gòu)等等。8.簡述雙大馬士革銅互連工藝。答：首先用光刻技術(shù)在層間介質(zhì)（ILD）中制作出通孔和溝槽圖形并進(jìn)行干法刻蝕，再淀積一層金屬阻擋層，緊接著淀積一層薄的銅種子層，然后用電鍍工藝把銅淀積到高深寬比的圖形中，最后采用CMP清除多余的銅實現(xiàn)平坦化.

第七章硅襯底制備1.半導(dǎo)體材料電阻率有哪幾種特性？答：半導(dǎo)體材料電阻率的特性主要有以下幾個方面：1）電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間；2）電阻率的溫度系數(shù)較大，且為負(fù)值；3）電阻率隨雜質(zhì)或缺陷的變化有顯著的變化；4）霍耳效應(yīng)及光電效應(yīng)顯著，與金屬接觸常出現(xiàn)整流效應(yīng)；5）電壓-電流往往呈非線性。2.半導(dǎo)體材料主要有哪幾種？答：1）元素半導(dǎo)體：硅（Si）、鍺（Ge）。2）化合物半導(dǎo)體：主要是Ⅲ-Ⅴ族元素化合物半導(dǎo)體，重要的有砷化鎵、磷化銦、碳化硅、鎵砷硅等，代表為砷化鎵（GaAs）。3.什么是多晶和單晶？答：1）多晶：是由若干個取向不同的小單晶構(gòu)成的晶體。2）單晶：是指組成物質(zhì)的原子、分子或離子沿三維方向按統(tǒng)一規(guī)則周期性排列組成的晶體。4.簡述多晶硅的制備方法。答：主要采用三氯氫硅的氫還原法，利用焦炭將砂石中的二氧化硅還原出來，此時為粗硅，粗硅與HCl反應(yīng)，產(chǎn)生SiHCl3，SiHCl3經(jīng)過提純后再與H2反應(yīng)，產(chǎn)生多晶硅。5.從多晶硅拉制單晶必須滿足哪些條件？答：從多晶硅拉制單晶必須滿足三個條件：1）原子具有一定的動能，以便重新排列；2）要有一個排列標(biāo)準(zhǔn)；3）排列好后的原子能穩(wěn)定下來。6.單晶硅拉制有哪兩種方法？答：單晶硅拉制有兩種方法：直拉法和懸浮區(qū)熔法。直拉法是指把具有一定晶向的單晶籽晶插入到熔融的硅中，控制一定的過冷溫度，以一定的速度將籽晶緩慢提升并同時將籽晶軸旋轉(zhuǎn)，新的晶體就在籽晶下面生長出來了。懸浮區(qū)熔法利用高頻感應(yīng)線圈對多晶錠逐段融化,在多晶錠下端裝置籽晶，熔區(qū)從籽晶和多晶錠界面開始，當(dāng)融區(qū)推進(jìn)時，單晶錠也拉制成功了。7.敘述用直拉法拉制單晶硅的原理、拉制過程。答：直拉法，又稱CZ法，它是把具有一定晶向的單晶（籽晶）插入到熔融的硅中，控制一定的過冷溫度，以一定的速度將籽晶緩慢提升并同時將籽晶軸旋轉(zhuǎn)，新的晶體就在籽晶下面生長出來了。拉制過程為：熔硅下種（引晶）收頸（縮頸）放肩轉(zhuǎn)肩等徑生長收尾（1）熔硅采用射頻（感應(yīng)加熱）或電阻加熱，將坩堝加熱到1500℃左右，使多晶硅熔化成融體以便重新結(jié)晶。（2）下種（引晶）下種是指一個完美的籽晶硅接觸到熔硅的表面，給熔硅一個晶核。當(dāng)籽晶從熔融物中旋轉(zhuǎn)且慢慢上升時，晶體開始生長了。（3）收頸收頸是指通過適當(dāng)提高溫度和提拉速度來減小直徑。通過收頸，將位錯終止于頸部的邊緣，從而避免了位錯延伸到單晶硅棒，提高單晶的質(zhì)量。（4）放肩通過降低熔硅的溫度和減低提拉速度，使直徑增大直到所需的單晶硅棒直徑。這一過程稱為放肩。（5）轉(zhuǎn)肩為了防止硅棒出現(xiàn)鋒利的棱角，需要一定的緩沖，過渡到等徑生長。（6）等徑生長拉速和爐溫通過反饋控制穩(wěn)定下來，進(jìn)入等徑生長階段。（7）收尾當(dāng)還剩不多的熔硅時，提高溫度和提拉速度，慢慢收尾形成一個錐型的尾部。8.敘述用懸浮區(qū)熔法拉制單晶硅的原理。答：懸浮區(qū)熔法，又稱FZ法，它是利用高頻感應(yīng)線圈對多晶錠逐段融化,在多晶錠下端裝置籽晶，熔區(qū)從籽晶和多晶錠界面開始，當(dāng)熔區(qū)推進(jìn)時，單晶錠也拉制成功了。9.說明直拉法和懸浮區(qū)熔法拉制硅單晶的特點。答：1）直拉法可以拉制大直徑的單晶硅，目前最大直徑可達(dá)450mm。直拉法拉制出的硅單晶中氧和碳的含量較大。2）懸浮區(qū)熔法拉制的單晶硅氧碳含量少，純度高，拉制的直徑不能大，難引入濃度均勻的摻雜。10.說明目前硅直徑的發(fā)展?fàn)顩r。答：硅錠的直徑從20世紀(jì)50年代初期不到25mm增加到現(xiàn)在的大直徑硅片，具體從25mm（1in）50mm（2in）75mm（3in）100mm（4in）125mm（5in）150mm（6in）200mm（8in）300mm（12in），現(xiàn)在市面上已經(jīng)出現(xiàn)了直徑為400mm（16in）、450mm（18in）的硅片。11.如何檢驗單晶硅的導(dǎo)電類型？答：在單晶硅樣品上放置兩根金屬探針，一根為冷探針，另外一根通過電熱絲進(jìn)行加熱，為熱探針，當(dāng)兩根探針同時與被測單晶樣品接觸時，熱探針因受熱激發(fā)產(chǎn)生大量的電子—空穴對。其中少數(shù)載流子將由金屬—半導(dǎo)體接觸引起的電位差而被掃入熱探針中。多數(shù)載流子由于在兩探針之間存在濃度差，因此向冷探針方向擴(kuò)散，這樣在兩個探針之間產(chǎn)生電位差。若為N型半導(dǎo)體，電子為多數(shù)載流子，所以電子由熱探針向冷探針方向移動，熱探針方向電位升高，冷探針方向電位降低。所以外接一個光點檢測計時，它會向一個方向偏轉(zhuǎn)。若為P型半導(dǎo)體，則會向另一個方向偏轉(zhuǎn)。因此，從光點檢測計的偏轉(zhuǎn)方向可以判斷半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型。12.敘述用四探針法測單晶硅電阻率的原理，并說明為什么測量時檢流計的指針要零偏。答：設(shè)四根探針等間距地放置在硅材料表面，探針之間的間距為S，樣品為半無限大樣品，即樣品邊緣與探針距離大于4S且厚度大于5S。四根探針分為兩組，其中1，4兩根探針中通電流并測出電流I1,4大小，稱為電流探針，2，3兩根探針測出電壓V2,3，稱電壓探針。電阻率計算公式為： 其中：為材料電阻率S為兩探針間距接入一個檢流計，并使得檢流計的指針零偏是在測量時要確保2，3兩根探針之間不能有電流通過，否則會造成測量的偏差。13.從單晶硅到拋光片要經(jīng)過哪些加工工序？答：從單晶硅棒到拋光片需經(jīng)過以下工序：整形處理基準(zhǔn)面研磨定向切片磨片倒角刻蝕拋光清洗檢查包裝14.對硅單晶錠為什么要進(jìn)行基準(zhǔn)面的研磨？SEMI規(guī)定的常用的幾種硅片的定位面形狀如何？200mm以上的硅片用什么代替定位面？答：基準(zhǔn)面研磨主要是為了確定硅片的導(dǎo)電類型及晶向。常見的幾種定位面形狀如下：200mm以上的硅片通常用定位槽來代替定位面，即沿著晶錠長度方向磨出一小溝作為定位槽。15.為什么在切片之前要進(jìn)行定向？如何定向？答：通過定向來確定切片的方向，從而減少碎片的產(chǎn)生。定向采用光點定向法。用腐蝕液腐蝕單晶錠的端面，形成腐蝕圖形。用光照射到端面將會在屏幕上產(chǎn)生光點圖，調(diào)節(jié)單晶錠的取向，使光點對稱，便得到了準(zhǔn)確的方向。16.目前切片主要采用何種方法？答：直徑為300mm以下的硅片主要采用內(nèi)圓切割機(jī)進(jìn)行切片，對于直徑等于或大于300mm的硅片，采用線鋸來切片。17.為什么要進(jìn)行倒角？給出它有益于硅片質(zhì)量的三個原因。答：研磨后硅片周圍有鋒利的棱角，這些棱角會給后序加工帶來危害，因此需要利用具有一定刃部輪廓的砂輪磨掉片子邊緣的棱角，使之變得光滑，即倒角。1）去除碎屑，使得硅片免受擦傷；2）提高光刻質(zhì)量，延長掩膜版的壽命；3）防止位錯向晶體內(nèi)部傳播。18.磨片的目的是什么？目前采用何種磨片方式？答：對切片時所造成的表面損傷和表面形變初步修整，使硅片基本達(dá)到生產(chǎn)所要求的厚度和平整度。根據(jù)機(jī)械運動方式分為：行星式磨片法、旋轉(zhuǎn)式磨片法和平面磨片法。最普遍使用的是行星式磨片法，利用行星片與磨盤之間作行星式運動，以帶動硅片作行星式運動，在磨料的作用下使硅片雙面研磨。19.化學(xué)機(jī)械拋光的原理是什么？答：化學(xué)機(jī)械拋光主要是利用化學(xué)作用和機(jī)械研磨相結(jié)合，去除硅片表面更加細(xì)微的損傷，得到高平整度、無損傷、光潔的表面。生產(chǎn)中常用二氧化硅乳膠進(jìn)行拋光拋光。利用SiO2細(xì)顆粒與氫氧化鈉反應(yīng)，產(chǎn)生硅酸鈉，反應(yīng)式為：然后利用機(jī)械作用將硅酸鈉磨擦掉，從而實現(xiàn)化學(xué)機(jī)械拋光。20.對拋光片的質(zhì)量有哪些有求？答：對拋光片通常有如下質(zhì)量要求：1）拋光片的厚度比較均勻，符合要求；2）表面光潔、干凈、無雜質(zhì)、劃痕、水漬等；3）缺陷少，位錯、層錯符合要求；4）硅片周圍無棱角，光滑，表面平坦。

第八章組裝工藝1.組裝工藝在器件和集成電路制造中有哪些作用？答：1）器件的保護(hù)，保證其能正常工作；2）物理支撐，便于與其他的電路進(jìn)行更高級的裝配；3）提高器件的可靠性和實用性2.簡述組裝工藝的流程。答：組裝工藝流程為：背面減薄、劃片、貼片、鍵合、塑封、去飛邊毛刺、電鍍、切筋和成型、打碼、外觀檢查、成品測試、包裝出貨。其中最關(guān)鍵步驟是鍵合和封裝，因此人們有時又將其稱為封裝技術(shù)。3.硅片為何要進(jìn)行減?。咳绾螠p??？答：較薄的硅片更利于切割；通過減薄還可以減小硅片的重量和體積，有利器件的散熱。在硅片背面非有源區(qū)的部分，通過各種方法減小多余的厚度。一般需要減薄到200~500μm，減薄之后再用三氯乙烯去除白蠟。常見的背面減薄方法有磨削法，研磨法、化學(xué)機(jī)械拋光法、干式拋光法、電化學(xué)腐蝕法，濕法腐蝕法、等離子增強(qiáng)化學(xué)腐蝕法、常壓等離子腐蝕法等。4.簡述劃片的方法和工藝流程。答：劃片是將晶圓片上的芯片獨立分割出來，挑出合格的芯片。劃片常采用金剛刀或者激光。劃片的流程為：背面貼膜、金剛石刀鋸或激光切割（切透90%）、裂片、挑片、鏡檢分類。5.貼片有哪些方法，各有什么特點？答：貼片的方式主要有四種：共晶粘貼法、焊接粘貼法、導(dǎo)電膠粘貼法、玻璃膠粘貼法。共晶粘貼法高溫工藝、CTE失配嚴(yán)重，芯片易開裂，且金-硅共晶焊的生產(chǎn)效率較低，且是手工操作方法，不適合高速自動化生產(chǎn)，一般只在一些有特殊導(dǎo)電性要求的大功率管中使用。焊接粘貼法熱傳導(dǎo)性好，工藝復(fù)雜，焊料易氧化。導(dǎo)電膠粘貼法操作簡便，是塑料封裝常用的芯片粘貼法，但缺點是熱穩(wěn)定性不好，易吸潮，形成空洞、開裂，使產(chǎn)品可靠性降低，因此不適用于高可靠度的封裝。玻璃膠粘結(jié)法成本低，去除有機(jī)成分和溶劑需完全，該法適用于陶瓷封裝。6.簡要說明去飛邊、電鍍和切筋成型工藝。答：1）去飛邊：是指去除封裝過程中，塑封料樹脂溢出、貼帶毛邊、引線毛刺等飛邊毛刺。2）電鍍主要是指采用電鍍的方式在引腳上鍍上一層保護(hù)性薄膜（焊錫），以增加引腳抗蝕性和可焊性。3）切筋成型其實是兩道工序：切筋和打彎，通常同時完成。切筋工藝，是指切除框架外引腳之間的堤壩（dambar）及在框架帶上連在一起的地方；打彎工藝則是將引腳彎成一定的形狀，以適合裝配的需要。7.什么叫鍵合？生產(chǎn)中常用的鍵合形式有哪些？答：鍵合是指將芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O引線或基板上的金屬布線焊區(qū)連接，實現(xiàn)芯片與封裝結(jié)構(gòu)的電路連接。生產(chǎn)中常用的鍵合形式有：熱壓鍵合，超聲波鍵合與熱壓超聲波鍵合。8.生產(chǎn)中鍵合常用的引線有哪些？各有何特點？答：生產(chǎn)中常用的鍵合引線有金絲、銅絲和鋁絲。1）金絲鍵合：金絲鍵合在封裝上具有電導(dǎo)率大、耐腐蝕、韌性好等優(yōu)點，在半導(dǎo)體封裝上得到廣泛應(yīng)用。大部分使用在球形鍵合上的引線是99.99%純度的金絲。2）銅絲鍵合：銅絲鍵合具有價格低、力學(xué)性能和電學(xué)性能好的優(yōu)點。銅絲在導(dǎo)熱、散熱性能及拉伸、剪切強(qiáng)度和延伸性方面優(yōu)于金絲。缺點就是很容易被氧化，硬度大，這使得在鍵合點容易發(fā)生裂痕。3）鋁絲鍵合：鋁絲也是一種常見的鍵合材料，標(biāo)準(zhǔn)鋁絲材是鋁與1%硅的合金，常應(yīng)用于楔形鍵合中。鋁絲鍵合可以在室溫下進(jìn)行鍵合，不會產(chǎn)生金鋁擴(kuò)散層。鋁絲鍵合有很多缺點，例如：成球性不好，拉伸強(qiáng)度和耐熱度不如金絲，容易發(fā)生引線下垂和塌絲等問題。它主要應(yīng)用在功率器件、微波器件和光電器件封裝上。9.簡述熱壓鍵合和超聲鍵合的原理和特點。答：1）熱壓鍵合是將底座加熱到300℃左右，并將鍵合引線放在電極焊接處，用壓刀在鍵合引線和金屬化電極之間施加一定的壓力，使引線的一端與管芯的鋁層壓焊在一起，引線的另一端與管座上的外引線相連接。2）超聲鍵合是利用超聲波能量在鋁絲和鋁電極不加熱的情況下直接鍵合的一種方法。與熱壓鍵合相比，超聲波鍵合時底座不需加熱，不需加電流、焊劑和焊料，對被焊件的物理化學(xué)性能無影響，也不會形成任何化合物而影響焊接強(qiáng)度，且具有焊接參數(shù)調(diào)節(jié)靈活，操作簡單，可靠性高，焊接效率高等優(yōu)點。10.說明引線鍵合的工藝參數(shù)及對工藝質(zhì)量的影響。答：引線鍵合的工藝參數(shù)主要有鍵合溫度、鍵合時間、超聲功率和鍵合壓力。1）鍵合溫度：過高的溫度，不僅會產(chǎn)生過多的氧化物影響鍵合質(zhì)量，并且由于熱應(yīng)力應(yīng)變的影響，鍵合零部件和器件的可靠性也隨之下降。溫度過低，將無法去除金屬表面氧化膜層等雜質(zhì)，無法促進(jìn)金屬原子間的密切接觸。2）鍵合時間：鍵合時間越長，金屬球吸收的能量越多，鍵合點的直徑就越大，界面強(qiáng)度增加而頸部強(qiáng)度降低。但是過長的時間，會使鍵合點尺寸過大，超出焊盤邊界，且導(dǎo)致空洞生成概率增大。3