集成电路思考题

思考题1、 将硅单晶棒制作成硅片包括哪些工序？切断、滚磨、定晶向、切片、倒角、研磨、腐蚀、抛光、清洗、检验 。2、 切片可决定晶片的哪四个参数？晶向、厚度、斜度、翘度和平行度。3、 硅单晶片研磨后为何要清洗？硅片清洗的重要性：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形态有哪些？对这些形态按何种顺序进行清洗？被吸附杂质的存在状态：分子型、离子型、原子型清洗顺序：去分子－去离子－去原子－去离子水冲洗－烘干、甩干5、 硅片研磨及清洗后为何要进行化学腐蚀？腐蚀方法有哪些？工序目的：去除表面因加工应力而形成的损伤层及污染腐蚀方式：喷淋及浸泡6、 CMP 包括哪 2 个动力学过程？控制参数有哪些？包括：边缘抛光：分散应力，减少微裂纹，降低位错排与滑移线，降低因碰撞而产生碎片的机会。表面抛光：粗抛光，细抛光，精抛光7、 集成电路制造过程中常用的 1 号、 2 号、 3 号清洗液组成是什么？各有什么用途？8、 硅气相外延工艺采用的衬底不是准确的晶向，通常偏离（ 100）或（ 111）等晶向一个小角度，为什么？为了得到原子层台阶和结点位置，以利于表面外延生长。9、 外延层杂质的分布主要受哪几种因素影响？外延温度，衬底杂质及其浓度，外延方法，外延设备等因素影响。10、 异质外延对衬底和外延层有什么要求？1. 衬底与外延层不发生化学反应，不发生大量的溶解现象；2.衬底与外延层热力学参数相匹配， 即热膨胀系数接近。 以避免外延层由生长温度冷却至室温时，产生残余热应力，界面位错，甚至外延层破裂。3.衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体结构， 晶格常数接近，以避免晶格参数不匹配引起的外延层与衬底接触的界面晶格缺陷多和应力大的现象。11、 比较分子束外延 (MBE) 生长硅与气相外延（ VPE ）生长硅的优缺点MBE ——优点：超高真空度达 10-9~10-11Torr ，外延过程污染少，外延层洁净。温度低， (100)Si 最低外延温度 470K ，所以无杂质的再分布现象。外延分子由喷射炉喷出，速率可调，易于控制，可瞬间开 /停，能生长极薄外延层，厚度可薄至 ? 量级。设备上有多个喷射口，可生长多层、杂质分布复杂的外延层，最多层数可达 104 层。在整个外延过程中全程监控，外延层质量高。——缺点：设备复杂、价格昂贵。VPE ——优点：外延生长温度高，生长时间长，可以制造较厚的外延层。在外延过程中可以任意改变杂质的浓度和导电类型。——缺点：操作过程繁冗，在掺杂剂气体中较难控制通入杂质气体剂量的精确度。12、 SiO2 按结构特点分为哪些类型？热氧化生长的 SiO 2 属那一类？结晶形和非结晶形， 是非结晶形13、 在 SiO2 中何谓桥键氧？何谓非桥键氧？，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原子，只与一个四面体连接的氧原子称非桥联氧原子。桥联的氧原子数目越多，网络结合越紧密，反之则越疏松14、 二氧化硅层的主要作用有哪些？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。15、 二氧化硅网络中按杂质在网络中所处位置不同可分为哪几类？替位式杂质和间隙式杂质16、 热氧化方法有哪几种？各有何优缺点？有干氧氧化、 湿氧氧化、 水汽氧化干氧氧化： （优）结构致密，表面平整光亮；对杂质掩蔽能力强；钝化效果好；生长均匀性、重复性好；表面对光刻胶的粘附好， （缺）生长速率非常慢。湿氧氧化： （优）生长速率介于干 O2 与水汽氧化之间；可由水温、炉温调节生长速率，工艺灵活性大；对杂质的掩蔽能力、钝化效果能满足工艺要求， （缺）表面存在羟基使其对光刻胶的粘附不好。17、 影响氧化速率的因素有哪些？温度、气体分压、硅晶向、掺杂18、 影响 SiO2 热氧化层电性的电荷来源主要有哪些种类？这些电荷对器件有何危害？降低这些电荷浓度的措施有哪些？1）可动离子电荷（ Qm） ：加强工艺卫生方可以避免 Na+沾污；也可采用掺氯氧化，固定 Na+ 离子；高纯试剂2）固定离子电荷 Qf ： （ 1）采用干氧氧化方法（ 2）氧化后，高温惰性气体中退火3）界面陷阱电荷 Qit：在金属化后退火（ PMA ） ；低温、惰性气体退火可降低4）氧化层陷阱电荷 Qot：选择适当的氧化工艺条件；在惰性气体中进行低温退火；采用对辐照不灵敏的钝化层可降低19、 为何热氧化时要控制钠离子的含量？降低钠离子污染的措施有哪些？因为氧化层中如含有高浓度的钠，则线性和抛物型氧化速率常数明显变大。措施有：加强工艺卫生方可以避免 Na+沾污；也可采用掺氯氧化，固定 Na+离子；高纯试剂。20、 掺氯氧化工艺对提高氧化膜质量有哪些作用？21、 由热氧化机理解释干、湿氧氧化速率相差很大这一现象的原因？22、 薄层工艺（ 10nm 以下氧化层）过程中应注意哪些要求？现采用的工艺有哪些？23、 氧化层膜厚的测定方法有哪些？比色法，干涉条纹法24、 热氧化时常见的缺陷有哪些？产生的原因有哪些？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）25、 什么是掺杂？在一种材料 (基质 )中，掺入少量其他元素或化合物，以使材料 (基质 )产生特定的电学、磁学和光学性能，从而具有实际应用价值或特定用途的过程称为掺杂26、 热扩散的机制有哪些？替位式扩散、填隙式扩散、填隙—替位式扩散27、 扩散源有哪些存在形态？扩散源有气态、液态、固态三种有存在形式28、 实际生产中为何采用二步扩散？预扩与主扩的杂质浓度分布各有何特点？为了同时满足对表面浓度、杂质总量以及结深等的要求，实际生产中常采用两步扩散工艺：第一步称为预扩散或预淀积，在较低的温度下，采用恒定表面源扩散方式在硅片表面扩散一层杂质原子，其分布为余误差涵数，目的在于控制扩散杂质总量；第二步称为主扩散或再分布，将表面已沉积杂质的硅片在较高温度下扩散，以控制扩散深度和表面浓度，主扩散的同时也往往进行氧化。29、 叙述氧化增强扩散及发射区推进效应及其产生的机理？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。机理：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要比不在发射区正下方的基区深，即在发射区正下方硼的扩散有了明显的增强，这种现象称为发射区推进效应。机理：由于高浓度扩散磷时会产生大量空位，从而可使发射区正下方的硼得以加速扩散，产生发射极推进效应。30、 与预扩散相比，为什么 B 再扩后表面电阻变大而 P 再扩后表面电阻会变小？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 .31、 与热扩散相比，离子注入有哪些优点？1.可在较低的温度下 ,将各种杂质掺入到不同的半导体中 ; 2.能够精确控制晶圆片内杂质的浓度分布和注入的深度 ; 3. 可实现大面积均匀性掺杂 ,而且重复性好 ; 4.掺入杂质纯度高 ; 5.由于注入粒子的直射性 ,杂质的横向扩散小 ; 6.可得到理想的杂质分布 ;7.工艺条件容易控制 .32、 什么是沟道效应？如何降低沟道效应？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）对大的离子，沿沟道轴向 (110)偏离 7－ 10o； （ 2）用 Si，Ge， F， Ar 等离子注入使表面预非晶化，形成非晶层（ 3）增加注入剂量； （ 4）表面用 SiO2层掩膜33、 什么是离子注入损伤？损伤类型有哪些？离子注入损伤，是指获得很大动能的离子直接进入半导体中造成的一些晶格缺陷。损伤类型：空位、间隙原子、间隙杂质原子、替位杂质原子等缺陷和衬底晶体结构损伤34、 离子注入掺杂后为何要进行退火？其作用是什么？因为大部分注入的离子并不是以替位形式处在晶格点阵位置上，而是处于间隙位置，无电活性，一般不能提供导电性能，所以离子注入后要退火。其作用是激活注入的离子，恢复迁移率及其他材料参数。35、 离子注入设备的主要部件有哪些？有离子源、磁分析器、加速器、扫描器、偏束板和靶室。36、 离子注入工艺技术中须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37、 等离子体是如何产生的？ PECVD 是如何利用等离子体的？38、 SiO2 作为保护膜时为什么需要采用低温工艺 ?目前低温 SiO 2 工艺有哪些方法 ?它们降低制备温度的原理是什么？39、 比较同等掺杂浓度多晶硅和单晶硅电阻率的大小？解释不同的原因。40、 磁控溅射主要有哪几种？特点是什么？41、 如果一个工艺过程依靠对硅片的离子轰击， 你会将硅片置于连接腔壁的电极上还是与腔壁隔离的电极上 ? 42、 以铝互连系统作为一种电路芯片的电连系统时， 若分别采用真空蒸镀和磁控溅射工艺淀积铝膜，应分别从哪几方面来提高其台阶覆盖特性？43、 什么是气缺现象？如何解决气缺现象？44、 什么是光刻，光刻系统的主要指标有那些？光刻 (photolithography) 就是将掩模版（光刻版）上的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感薄膜材料（光刻胶）上去的工艺过程 。光刻系统的主要指标包括分辨率、焦深、对比度、特征线宽控制、对准和套刻精度、产率以及价格。45、 IC 制造中对光刻技术的基本要求有哪些？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46、 光刻工艺包括哪些工序？底膜处理、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀、去胶、检验47、 什么是分辨率、对比度、光敏度？分辨率：是指一个光学系统精确区分目标的能力对比度：是评价成像图形质量的重要指标光敏度：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荷量。48、 影响显影的主要因素有哪些？曝光时间、前烘的温度和时间、光刻胶的膜厚、显影液的浓度、显影液的温度、显影液的搅动情况49、 在光刻技术中为何显影后必须进行检查？检查的内容有哪些？区分哪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：掩膜版选用是否正确、光刻胶层得质量是否满足要求、图形的质量、套刻精度是否满足要求50、 什么是正光刻胶？什么是负光刻胶？其组成是什么？光刻胶的作用是什么？正光刻胶：胶的曝光区在显影中除去，当前常用正胶为 DQN ，组成为光敏剂 重氮醌(DQ) ，碱溶性的酚醛树脂 (N) ，和溶剂二甲苯等。负光刻胶：胶的曝光区在显影中保留，未曝光区在显影中除去，负胶多由长链高分子有机物组成51、 常见的曝光光源有哪些？紫外光源、深紫外光源。52、 常见的光刻对准曝光设备有哪些？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。53、 光刻工艺条件包括哪些方面？光刻胶种类、光刻胶厚度、曝光参数以及光学路径上的设定。54、 什么是驻波效应？如何减少驻波效应？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。55、 影响线宽控制的因素有哪些？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）56、 什么是湿法刻蚀？什么是干法刻蚀？各有何优缺点？湿法刻蚀：晶片放在腐蚀液中，通过化学反应去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜图形。优缺点：湿法腐蚀工艺简单，无需复杂设备。保真度差，腐蚀为各向同性， A=0，图形分辨率低。选择比高、均匀性好、清洁性较差干法刻蚀：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。优缺点：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设备复杂；选择比不如湿法57、 常见的干法刻蚀方法有哪些？各有何优缺点？物理性刻蚀化学性刻蚀（又称等离子体刻蚀）物理化学性刻蚀（又称反应离子刻蚀 RIE）58、 光刻技术中的常见问题有那些？半导体器件和集成电路的制造对光刻质量有如下要求：一是刻蚀的图形完整，尺寸准确，边缘整齐陡直；二是图形内没有针孔；三是图形外没有残留的被腐蚀物质。同时要求图形套刻准确，无污染等等。但在光刻过程中，常出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺陷。59、 光刻工艺对掩模版有那些质量要求？①构成图形阵列的每一个微小图形要有高的图像质量，即图形尺寸要准确，尽可能接近设计尺寸的要求，且图形不发生畸变。②图形边缘清晰、锐利，无毛刺，过渡区要小，即充分光密度区（黑区）应尽可能陡直地过渡到充分透明区（白区） 。③整套掩模中的各块掩模能很好地套准，对准误差要尽量地小。④图形与衬底要有足够的反差 （光密度差） ， 一般要求达 2.5 以上， 同时透明区应无灰雾。⑤掩模应尽可能做到无“针孔” 、 “小岛”和划痕等缺陷。⑥版面平整、光洁、结实耐用。版子要坚固耐磨，不易变形。图形应不易损坏。60、 简述集成电路的常规掩模版制备的工艺流程。61、 光学分辨率增强技术主要包括那些？移相掩模技术、 离轴照明技术、光学邻近效应校正技术、光瞳滤波技术等。62、 简述表征光刻胶特性、性能和质量的参数。响应波长；灵敏度，又称光敏度，指最小曝光剂量 E0 ；抗蚀性，指耐酸、碱能力；粘滞性，指流动特性的定量指标 ；粘附性 ，指与硅、二氧化硅表面结合力的大小 ；光刻胶的膨胀 ；微粒数量和金属含量 ；储存寿命63、 理想的刻蚀工艺应具有哪些特点？①各向异性刻蚀，即只有垂直刻蚀，没有横向钻蚀。②良好的刻蚀选择性，即对作为掩模的抗蚀剂和处于其下的另一层薄膜或材料的刻蚀速率都比被刻蚀薄膜的刻蚀速率小得多，以保证刻蚀过程中抗蚀剂掩蔽的有效性，不致发生因为过刻蚀而损坏薄膜下面的其他材料；③加工批量大，控制容易，成本低，对环境污染少，适用于工业生产。64、 影响刻蚀工艺的因素有那些？影响刻蚀工艺的因素分为外部因素和内部因素。外部因素主要包括设备硬件的配置以及环境的温度、湿度影响，对于操作人员来说，外部因素只能记录，很难改变，要做好的就是优化工艺参数，实现比较理想的实验结果。内部因素就是在设备稳定的情况下对工艺结果起到决定性作用。65、 集成电路对金属化材料特性的要求有哪些？1、 与 n＋、 p＋硅或多晶硅形成低阻的欧姆接触 （接触电阻小） ， 利于提高电路速度， 2、抗电迁移性能好，长时间在较高电流密度负荷下，金属材料的电迁移现象不致引起金属引线失效， 3、与绝缘体（ SiO2）有良好的附着性， 4、耐腐蚀， 5、易于淀积和刻蚀， 6、易于键合，且键合点能经受长期工作， 7、多层互连要求层与层之间绝缘性好，不互相扩散和渗透，要求有一个扩散阻挡层66、 金属铝膜的制备方法有哪些？电阻加热蒸发法、电子束蒸发法、溅射法67、 金属在集成电路中的作用有哪些？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。68、 什么是 Al/Si 接触中的尖楔现象？如何解决尖楔现象？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。措施 ： Al－ Si 合金金属化引线，铝－掺杂多晶硅双层金属化结构，铝－阻挡层结构69、 什么是电迁移现象？如何提高引线的抗电迁移能力？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。方法：结构的影响和“竹状”结构的选择、 Al－ Cu 合金和 Al－ Si－ Cu 合金、三层夹心结构70、 什么是低 K 材料？低 K 材料：介电常数比 SiO2 低的介质材料71、 与 Al 布线相比， Cu 布线有何优点？铜作为互连材料，其抗电迁移性能比铝好，电阻率低，可以减小引线的宽度和厚度，从而减小分布电容。72、 叙述 Cu 布线的工艺流程？