集成工艺46题修正版

1、将硅单晶棒制成硅片的过程中包括哪些工序？切片工艺流程：切断、滚磨、定晶向、切片、倒角、研磨、腐蚀、抛光、清洗、检验。（滚圆－ X 射线定位－切片－倒角－硅片研磨－清洗－化学腐蚀－热处理 ) 2、切片可决定晶片的哪些四个参数？晶向、厚度、斜度、翘度和平行度。3、 硅单晶研磨片清洗的重要性？硅片表面层原子因垂直切片方向的化学键被破坏成为悬挂键，形成表面附近的自由力场，极易吸附各种杂质，如颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子等，造成磨片后的硅片易发生变花发蓝发黑等现象，导致低击穿、管道击穿、光刻产生针孔，金属离子和原子易造成pn 结软击穿， 漏电流增加， 严重影响器件性能与成品率。4、 硅片表面吸附杂质的存在状态有？清洗顺序？被吸附杂质的存在状态： 分子型、离子型、原子型（分子型杂质与硅片表面吸附力较弱，多属油脂类物质；离子型和原子型杂质属化学吸附，吸附力较强）清洗顺序： 去分子－去离子－去原子－去离子水冲洗－烘干、甩干。 （分子型杂质对离子及原子型杂质有掩蔽作用，应先去除。原子型杂质吸附量较小，应先清除离子型杂质）5、 硅片研磨清洗后为什么要进行化学腐蚀？腐蚀方法有哪些？腐蚀的目的： 去除表面因加工应力而形成的损伤层及污染（损伤层和污染部分约 15um） 。化学腐蚀种类： 酸性腐蚀及碱性腐蚀腐蚀方式： 喷淋（ spray）及浸泡（ batch）6、 cmp 包括哪几个过程？1）吸附在抛光布上的抛光液中的氧化剂、催化剂等与单晶片表面的硅原子在表面进行氧化还原的动力学过程 （化学作用）2）抛光表面反应物脱离硅单晶表面，即解吸过程，使未反应的硅单晶重新裸露出来的动力学过程（机械作用）7、 SiO2 按结构特点分为哪些类型？热氧化生长 SiO2 属哪类型？结晶形和非结晶形， 是非结晶形8、何谓掺杂？定 1： 能过扩散或离子注入的方法把杂质掺入到单晶体内。定义 2： 将需要的杂质掺入到半导体特定的区域中的技术。9、何谓桥联氧，非桥联氧？它们对 SiO2 密度有何影响连接两个 si-o 四面体的氧原子称桥联氧， 只与一个四面体相连接的氧原子称为非桥联氧。桥联氧原子的数目越多，网络结合越紧密， 也就是密度越大，反之则越疏松，密度小。10、二氧化硅主要作用？1）作为掩膜。 2）作为芯片的钝化和保护膜。3）作为电隔离膜。 4）作为元器件的组成部分。11、 Si02 中杂质有哪些类型？答 ：替代式杂质和间隙式杂质。12、热氧化工艺有哪些？答： 干氧氧化，水汽氧化，湿氧氧化13、影响氧化速率的因素有？温度，氧化剂分压，衬底晶向，掺杂浓度及杂质类型14、 影响热氧化层电性的电荷来源有哪些类型？降低这些电荷浓度的措施？答： （ 1） 可移动离子电荷 Qm；措施： 1）使用含氯的氧化工艺； 2）用氯周期性地清洗管道，炉管和相关的容器； 3）使用超纯净的化学物质；4）保证气体在传输过程中的清洁。（ 2） 氧化层固定电荷； 措施：适当选择硅衬底晶向，氧化条件和退火温度，降低氧化时的分压。（ 3） 界面陷阱电荷； 措施：通过氧化后在低温惰性气体中退火来降低界面陷阱电荷。（ 4） 氧化层陷阱电荷 Qot； 措施： 1）选择适当氧化工艺条件以改善 SiO2 结构。 2）在惰性气体中进行低温退火。3）采用对辐照不灵敏的钝化层。15、 为何热氧化时需要控制钠离子含量？降低 Na+污染的措施有哪些？答： 因为钠离子电荷的运动及其数量将影响到 SiO2 层下的硅的表面势，从而影响到器件的性能。措施： 1）使用含氯的氧化工艺； 2）用氯周期性地清洗管道， 炉管和相关的容器； 3） 使用超纯净的化学物质； 4）保证气体在传输过程中的清洁。16、热氧化的常见缺陷有？答： 表面缺陷 （针孔、 白雾、 斑点、 裂纹） ， 结构缺陷 （层错） ， 氧化层中的电荷 （可动离子电荷， 氧化层固定电荷，界面陷阱电荷，氧化层陷阱电荷）17、氧化膜厚度的测量方法有？答： 比色法，干涉条纹法18、热扩散的机制有哪些？答： 替位式扩散，填隙式扩散，填隙 -替位式扩散19、扩散源有哪些存在形态？答： 气态源，液态源，固态源20、与热扩散相比，离子注入有何优点？答： 离子注入的优点是：1）离子注入的动力是动能，是非平衡过程；2）杂质浓度不受限制；3）结深控制精确，适合浅结；4）横向扩散较小，特别在低温退火时，线宽可小于 1 微米； 5）均匀性好，电阻率波动约 1%；6） 工作温度在室温就可以注入， 退火在 800 摄氏度以上；7）在高真空、常温注入，工艺卫生条件清洁；21、什么是沟道效应？如何降低沟道效应？沟道效应： 对晶体靶进行离子注入时， 当离子注入的方向与靶晶体的某个晶向平行时， 这些注入的离子很少会与靶原子发生碰撞而深深地注入衬底之中， 而很难控制注入离子的浓度分布， 注入深度大于在无定形靶中的深度并使注入离子的分布产生一个很长的拖尾， 注入纵向分布峰值与高斯分布不同，这种现象称为离子注入的沟道效应。减少沟道效应的措施： 1）将晶片对离子注入的运动方向倾斜一个角度； 2）在晶体表面铺上一层非结晶的材质，使入射的离子在进入衬底前在非晶系层里与无固定排列方式的非晶系原子产生碰撞而散射， 降低沟道效应的程度；3）先进行一次轻微的离子注入，将晶片表面的晶体结构破坏成非晶态，再进行真正的离子注入； 4）用 Si， Ge，F， Ar 等离子注入使表面预非晶化，形成非晶层； 5）增加注入剂量 （晶格损失增加， 非晶层形成， 沟道离子减少）6）表面用 SiO2 层掩膜。22、什么是离子注入损伤？有哪些损伤类型？在离子注入的过程中， 如果入射离子与靶原子在碰撞时传递给靶原子的能量大于靶原子激活能 Ea 时，靶原子得到此能量后将可以从晶格的平衡位置脱出， 成为移位原子， 同时在晶格中留下一个空位， 而移位原子和注入离子则停留在间隙或替位位置上。 因此， 离子注入在固体内沿入射离子运动轨迹的周围产生大量的空位、 间隙原子、 间隙杂质原子和替位杂质原子等缺陷， 这些缺陷统称为 注入损伤。损伤的类型 有：点缺陷、非晶区和非晶层。23、离子注入后为什么要退火？其作用是什么？注入离子造成的晶格损伤会影响材料的电学性质。 移位原子的产生会增加散射中心、 降低载流子迁移率； 增加缺陷中心、 减少非平衡少数载流子寿命； 增大 P-N 结漏电流。 此外， 被注入的杂质原子大多数存在于晶格间隙位置，起不到施主或受主的作用。 为了激活注入的离子， 恢复迁移率及其他材料参数， 必须在适当的温度和时间下对半导体进行退火， 以使杂质原子处于晶体点阵位置， 以实现杂质的点激活。退火的作用： 一是减少点缺陷密度； 二是在间隙位置的注入杂质原子能移动到晶格位置，变成点激活杂质。24、离子注入设备主要部件有哪些？六个主要部分：离子源、磁分析器、加速器、扫描器、偏束板和靶室，此外还有真空排气系统和电子控制器。25、 离子注入工艺要控制的工艺参数及设备参数有哪些？工艺参数： 杂质种类、杂质注入浓度、杂质注入深度设备参数： 弧光反应室的工作电压与电流、热灯丝电流、离子分离装置的分离电压及电流、 质量分析器的磁场强度、加速器的加速电压、扫描方式及次数26.何谓分辨率，对比度？ IC 制造对光刻技术有何要求？答：分辨率 指一个光学系统精确区分目标的能力。光刻分辨率 光刻工艺中得到的光刻图形能分辨线条的最小线宽 L对比度 评价成像图形质量的重要指标。IC 对光刻技术的要求：高分辨率： 线宽为光刻水平的标志， 代表 IC 的工艺水平。高灵敏度 （感光速度）的光刻胶：减少曝光所需时间提高生产率。低缺陷：提高成品率。精密的套刻对准：套刻误差一般为线宽的± 10% 对大尺寸硅片的加工：提高经济效益和硅片利用率。27.光刻工艺包括哪些工序？答： 底膜处理→涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→显影检验→刻蚀→去胶→最终检验28.影响显影的主要因素？答： 曝光时间；前烘的温度和时间；光刻胶的膜厚；显影液的种类及浓度；显影液的温度；显影液的搅动情况29.显影后为何要进行检查？检查内容有哪些？答： 检验的目的是区分那些有很低可能性通过最终掩膜检验的衬底， 提供工艺性能和工艺控制数据， 以及分拣出需要重做的衬底。检查内容： 1.掩膜版选用是否正确； 2.光刻胶层的质量是否满足要求； 3.图形的质量 4.套准精度是否满足要求30.什么是正光刻胶、负光刻胶？其组成是？答： 如果胶的曝光区在显影中除去， 称该胶为 正性胶 ； 如果胶的曝光区在显影中保留， 而未曝光区除去， 称该胶为负性胶 。光刻胶通常含以下三种成分： 1.聚合物材料 2.感光材料 3.溶剂 4.增感剂31.常规的曝光光源有？答： 紫外（ UV ）光源和深紫外（ DUV ）光源。32.常见的光刻对准曝光设备有？答： 接触式光刻机；接近式光刻机；扫描投影光刻机；分步重复投影光刻机；步进扫描光刻机33.光刻工艺条件包括那些方面？答： 光刻胶种类、 光刻胶厚度、 曝光参数以及光学路径上的设定。34.什么是光敏度，移相掩膜，驻波效应？答： 灵敏度 ， 又称光敏度， 指单位面积上入射的使光刻胶全部发生反应的最小光能量或最小电荷量。移相掩模 是在光掩模的某些透明图形上增加或减少一个透明的介质层，使光波通过这个介质层后产生 180°的位相差， 与邻近透明区域透过的光波产生干涉， 抵消图形边缘的光衍射效应，从而提高图形曝光分辨率。驻波效应 是当用单色光进行曝光时， 入射光会在光刻胶与衬底的界面上反射， 由于入射光与反射光是相干光， 在界面处又存在 180 度的相移，在光刻胶内形成驻波。35.影响线宽的因素有哪些？答： 胶自身的性质， 光刻工艺 （曝光源、 时间， 胶膜厚度，显影条件，硅片平整度）36.什么是湿法刻蚀、干法刻蚀？各有何优点？答： 湿法腐蚀是化学腐蚀， 晶片放在腐蚀液中 （或喷淋） ，通过化学反应去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜图形。湿法优点：工艺、设备简单，而且成本低、产能高，具有良好的刻蚀选择比；均匀性好。干法腐蚀是应用等离子技术的腐蚀方法， 刻蚀气体在反应器中等离子化，与被刻蚀材料反应（或溅射） ，生成物是气态物质，从反应器中被抽出。干法优点：保真度好，图形分辨率高； 湿法腐蚀难的薄膜如氮化硅等可以进行干法刻蚀；清洁性好，气态生成物被抽出；无湿法腐蚀的大量酸碱废液。37.实际生产中为何采用二步扩散？浓度分布各有何特点？答： 为了得到任意的表面浓度、 杂质数量和结深以及满足浓度梯度等要求，就应当要求既能控制扩散的杂质总量，又能控制表面浓度， 这只需将上述两种扩散结合起来便可实现，这种结合的扩散工艺称为“两步扩散” 。第一步预扩散 （恒定表面源扩散） ， 硅片表面杂质数量可控；第二步再分布（限定表面源扩散） ，控制表面浓度和扩散深度。38.何为氧化增强扩散、发散区推进效应？产生的机理是？答： 在热氧化过程中原存在硅内的某些掺杂原子显现出更高的扩散性，称为氧化增强扩散（ OED ） ；机理是：氧化诱生堆垛层错产生大量自填隙 Si，间隙 -替位式扩散中的“踢出”机制提高了扩散系数。在 npn 窄基区晶体管制造中，如果基区和发射区分别扩硼和扩磷， 则发现在发射区正下方的基区（内基区）要比不在发射区正下方的基区（外基区）深，即在发射区正下方硼的扩散有了明显的增强， 这个现象称为发射区推进效应，也称发射区下陷效应。机理是： B 扩散的增强是由于磷与空位相互作用形成的 PV 对， 发生分解所带来的复合效应。硼附近 PV 对的分解会增加空位的浓度，因而加快了硼的扩散速率。39.与预扩散相比为何 B 再扩后表面的电阻变大而 P 再扩后表面电阻变小？答： 再分布主要是由硅的氧化速率、杂质在 Si/SiO2 中的分凝以及扩散速率决定的。 B 再扩后表面电阻变大而 P 再扩表面电阻变小是因为不同杂质的分凝系数以及杂质在Si/SiO2 中的扩散速率不同导致的。40.IC 对金属材料特性有何要求？答： 对互连金属材料， 首先电阻率要低， 其次要求易于淀积和刻蚀， 还要有好的抗电迁移特性以适应集成电路技术进一步发展的需要； 对于与半导体接触的金属材料， 要有良好的金属 /半导体接触特性，即要有好的接触界面性和稳定性， 接触电阻要小， 在半导体材料中的扩散系数要小，在后续加工中与半导体材料有好的化学稳定性； 对栅电极材料， 与栅氧化层之间具有良好的界面特性和稳定性， 具有合适的功函数，以满足 nMOS 与 pMOS 阈值电压对称的要求。41.铝膜的制备方法有？电阻加热蒸发法； 电子束蒸发法； 溅射法： 厚度的均匀性、台阶的覆盖较好42.金属在 IC 中的作用有？1.MOSFET 栅电极材料；2.互连材料：将同一芯片内的各个独立的元器件连接成为具有一定功能的电路模块；3.接触材料：直接与半导体材料接触的材料，以及提供与外部相连的连接点。43.Al/Si 接触中的尖楔现象答：尖楔现象： Al/Si 接触时， Si 在 Al 膜的晶粒间界中快速扩散而离开接触孔的同时， Al 就向接触孔内运动，填充因 Si 离开而留下的空间。 在某些接触点处 Al 就象尖钉一样揳进到 Si 衬底中去，使 pn 结失效。44.何谓“电迁移”现象？如何提高抗电迁移能力？答： 电迁移现象： 大电流密度作用下的质量输运现象， 即沿电子流方向进行的质量输运， 在一个方向形成空洞， 而在另一个方向由于铝原子的堆积形成小丘， 前者使互连引线开路或断裂， 而后者造成光刻困难和多层布线之间的短路。提高抗电迁移能力的方法：（ 1）结构的影响和“竹状”结构的选择晶粒大小对 MTF 有影响， 多晶铝的优选晶向也会影响MTF 值。 电子束蒸发的铝薄膜 （晶粒的优选晶向为 〈 111〉晶向） ，其 MTF 值比溅射的铝薄膜大 2～ 3 倍（溅射的铝薄膜更加无序） 。MTF 随铝线宽度的减小和长度的增加而降低。具有“竹状”结构的铝引线（ P277 图 9.7） ，组成多晶体的晶粒从下而上贯穿引线截面， 晶粒间界垂直于电流方向， 晶粒间界的扩散不起作用，可以使 MTF 提高二个数量级。（ 2） Al － Cu 合金和 Al － Si－ Cu 合金在 Al 中加入 Cu、 Ni 、 Cr、 Mg 等，这些杂质在铝晶界分凝降低了 Al 原子在 Al 晶界的扩散系数，提高 MTF一个数量级，但电阻率增加。（ 3）三层夹心结构在二层 Al 薄膜之间增加一个约 500A 的过渡金属层（ Ti、 Hf 、 Cr、 Ta 等） ， 400℃退火 1 小时后在二层铝引线间形成金属化合物， 是很好的铝扩散阻挡层， 减小铝原子的迁移率，防止空洞和小丘的形成。可以提高 MTF2~3个数量级。45.什么是低 K 材料？答： 低 K 材料：介电常数比 SiO2 低的介质材料，介电常数小于 3.5。46.与 Al 布线相比， Cu 布线有何优势？答： Cu 布线是对任何一层进行互连材料淀积的同时，也对该层与下层之间的通孔（ Via） 进行填充，而 CMP 平整化工艺只对导电金属层材料进行。 与传统的互连工艺 （铝互连）相比，工艺步骤得到简化，工艺成本降低。