??? 期末碼一下集成電路工藝知識點，課本是施敏的《半導體器件與物理工藝》，課上只選講了第三部分工藝。

填空題

在單晶襯底上生長另一單晶半導體層的生長技術叫做外延。

用于生長單晶砷化鎵的雙溫區爐管叫做布里吉曼系統。

有多少分子在單位時間里撞擊在單位面積的襯底上的參數叫做分子撞擊率。

分子在連續兩次碰撞期間，平均經過的距離叫做平均自由程。

合金的熔點比任何一種組成材料的熔點都低，最低熔點稱為共晶溫度。

先定義介質，再將金屬銅填入溝槽內，隨后進行化學機械拋光以去除在介質表面多余的金屬而僅保留通孔和溝槽內的銅，這種方法叫做嵌入工藝。

目前唯一可進行全面平坦化的技術叫做化學機械拋光。

將掩膜版上的幾何圖形轉移到覆蓋半導體的晶圓上的感光薄膜層的技術叫做圖形曝光。

光刻需要的四個設備：潔凈室、光刻機、掩膜版、光刻膠。

分辨率增強技術：相移技術、光學臨近修正、浸沒式光刻。

下一代光刻技術：電子束圖形曝光、極紫外圖形曝光、離子束圖形曝光。

影響圖形曝光分辨率的因素：光的衍射、電子散射、鄰近效應。

雜質摻雜的兩種方式：擴散和離子注入。

擴散的三種機制：空位擴散、填隙擴散、推填擴散。

集成電路的電容：MOS電容、P-N結電容。

物理氣象淀積的方法：蒸發、電子束蒸發、等離子體噴涂、濺射。

論述題

1、硅的柴可拉斯基法（直拉法）

（1）設備。直拉法使用的設備是晶體拉晶儀。拉晶儀主要有三部分。一是爐子，包括一個熔融石英坩堝、一個石墨基座、旋轉裝置、加熱裝置、電源。二是拉晶的機械裝置，包括籽晶夾持器和旋轉裝置。三是氣氛控制系統。包括氣體的供應源、流量控制和排氣系統。

（2）生長過程。在晶體生長過程中，多晶硅被放置在坩堝中，爐管被加熱至超過硅熔點1412℃。將一個適當晶向的籽晶放置在籽晶夾持器中懸于坩堝上。將籽晶插入融體中，將籽晶慢慢拉起，黏附于晶體的融體開始固化，熔融硅以籽晶為模板逐漸冷卻形成一個大的單晶。

（3）雜質分布。在晶體生長時，將一定數目的雜質加入融體中，以獲得所需摻雜濃度。硅常用硼和磷做摻雜劑。固體表面摻雜濃度，。其中，k0為分凝系數，晶體初始摻雜濃度為，在晶體生長過程中，1時，雜質濃度持續增加，1時，雜質濃度持續減少，1時，可以獲得均勻的雜質濃度分布。

2、硅的懸浮區熔

（1）工藝過程。將一根底部帶有籽晶的高純度多晶棒固定于垂直方向，并可旋轉，密封在充滿惰性氣體的石英管中。首先使用射頻加熱器使一個小區域的多晶棒熔融，加熱器自底部籽晶向上運動，使得懸浮熔區掃過整個多晶棒。當懸浮熔區上移時，單晶硅凝固于懸浮熔區的尾端，并隨籽晶的延伸而生長。

（2）雜質分布。。ke為熔融區尾端晶體中的摻雜濃度。1時，雜質濃度持續增加，1時，雜質濃度持續減少，1時，可以獲得均勻的雜質濃度分布。

????? 懸浮區熔法可以生長比直拉法生長的雜質含量更低的硅。易于提純，且無坩堝污染。

3、砷化鎵的晶體生長技術

???? 有兩種技術可以生長砷化鎵，柴可拉斯基法和布里吉曼技術。大部分砷化鎵以布里吉曼技術生長，柴可拉斯基法則用于生長大尺寸砷化鎵晶錠。

???? 柴可拉斯基法生長，拉晶設備與硅相同，但采用液體密封法來防止生長過程中融體的分解。液體密封使用厚約1cm的液態氧化硼覆蓋在融體上，可以防止砷化鎵分解。氧化硼可以溶解二氧化硅，所以要以石墨坩堝代替熔融石英坩堝。摻雜濃度和硅一樣。

4、晶圓制備過程

（1）首先是晶體生長。（2）然后移除籽晶和晶錠最后凝固的末端。（3）研磨表面以確定晶圓直徑（4）沿著晶錠長度方向磨出一個或數個平坦表面，用于標示晶錠的特定晶向和材料的導電類型。（5）用金剛石鋸將晶錠切成晶圓。（6）用氧化鋁和甘油的混合液研磨晶圓兩面。（7）拋光，提供一個光滑的鏡面。

5、晶體缺陷

??? 晶體缺陷分為四種：點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷。

點缺陷：（1）原子進入晶格，處于替代位置，叫做替位雜質。（2）原子進入晶格處于空隙位置，叫做填隙雜質。（3）晶格中由于原子缺失產生空位，稱作晶格空位。（4）一個主原子位于規則的晶格位置并鄰近一個空位時叫做弗蘭克爾缺陷。

線缺陷：亦稱位錯。（1）晶格中插入一額外的原子平面，位錯線垂直于頁面，稱作刃形位錯。（2）把晶格切入一部分，再把上半部分向上推一個晶格間距，稱作螺旋位錯。

面缺陷：（1）某一晶面兩邊的晶體取向不同，叫做孿晶。（2）彼此沒有固定晶向關系的晶體間過渡區，稱作晶粒間界。（3）原子層的堆疊次序被打斷，稱作堆垛層錯。

體缺陷：由在主晶格中固有的雜質溶解度引起的。

6、薄膜的分類及作用。

??? 薄膜分為四類，在傳統n溝道MOSFET中全部用到。（1）熱氧薄膜：柵極氧化層，其下方形成源/漏之間的導通溝道。場氧化層用來與其他器件隔離。二者均用熱氧化工藝生長，因為只有熱氧化才能提供具有最低界面陷阱密度的最高質量的氧化層。（2）介質層：如二氧化硅與氮化硅，用于導電層之間的絕緣，或作為擴散及離子注入的掩蔽層，或用于覆蓋摻雜薄膜以阻止雜質的損耗，或作為鈍化層避免刮傷。（3）多晶硅：用作MOS的柵電極材料、多層金屬化的導電材料或淺結器件的接觸材料。（4）金屬薄膜：如銅或金屬硅化物，用于形成低阻值的互連線、歐姆接觸以及整流金屬-半導體勢壘器件。

7、為什么需要磷硅玻璃

??? 在金屬層之間，一般需要淀積表面光滑的二氧化硅作為絕緣層。由于低溫淀積的磷硅玻璃受熱后變的較為柔軟且易回流，可以提供一平滑的表面所以常被用于鄰近兩金屬件間的絕緣層，這一工藝被稱作磷硅玻璃回流。

??? 在掃描電子顯微鏡下觀察磷硅玻璃橫截面，可以看到，沒有磷的情況下，不發生回流，薄膜凹陷處，θ角約為120°當磷硅玻璃中磷的含量越高。臺階角度θ越小，回流效果越好，磷硅玻璃回流與退火時間、溫度、磷的濃度以及退火的氣氛有關。臺階角度θ與磷質量百分比（wt%）間的關系近似為θ≈120°（10-wt0010）。若θ角小于45°，則磷含量須大于6%，擔當磷高宇8%時，氧化層中的磷會與水汽結合成磷酸，腐蝕金屬膜，因此磷的含量應該控制在6%-8%之間。

8、鋁金屬化的優缺點

??? 優點：（1）鋁及鋁合金具有低電阻率，可滿足低電阻的需求。（2）鋁可以很好的附著二氧化硅。

??? 缺點： IC淺結工藝中使用鋁易造成結尖楔和電遷移。（1）結尖楔造成結的短路。減少鋁尖楔的兩種方法分別是將鋁硅共蒸發和在鋁硅襯底中引入金屬阻擋層。（2）電遷移是指在電流作用下金屬原子發生遷移的現象，電遷移會導致局部金屬離子的堆積和空洞，堆積導致短路，空洞導致斷路。增強鋁導體的抗電遷移能力方法有與銅形成合金、用介質將導體包封起來，淀積時加入氧等。

9、光刻機（兩大類四小類）

??? 根據兩種基本光學曝光方法，光刻機可以分為遮蔽式曝光和投影式曝光。

遮蔽式曝光可分為掩膜版與晶圓直接接觸的接觸式曝光和二者緊密相連的接近式曝光。接觸式曝光可以提供約1um的分辨率，缺點是晶圓上的塵埃和硅渣會造成掩膜版永久性損壞。接近式曝光在曝光時掩膜版與晶圓有一間隙，可以減少掩膜版的損壞，但這一間隙會造成光學衍射，分辨率會降低至2-5um。

投影式曝光將掩膜版上的圖案投影至相距好幾厘米以外的晶圓上，為了提高分辨率每次只曝光一小部分，最后通過掃描或步進的方式來完成整片晶圓的曝光。掃描式曝光通過一個寬度約1mm的窄弧形像場連續地將掩膜版上圖案轉移至晶圓上。步進式曝光保持掩膜版不動，利用晶圓二維的平移，通過步進的方式完成曝光。

可以利用步進重復投影法進行縮小投影光刻，縮小投影光刻可以不用重新設計系統直接應用于更大的晶圓。1:1的光學系統要比10:1或5:1縮小的系統容易設計制作，但無缺陷的1:1的掩膜版的制作要困難很多。

10、圖形轉移的流程

??? （1）將晶圓置于有黃光照射的潔凈室中，因為光刻膠對波長大于0.5um的光不敏感。利用增粘劑，為了確保光刻膠的吸附力滿足要求，將晶圓表面變為疏水性。（2）將晶圓置于真空吸附的旋轉盤上，將2-3ml光刻膠滴在晶圓中心。（3）將晶圓快速加速至設定速度并保持30s，以均與涂布光刻膠。（4）進行晶圓前烘，增加光刻膠對晶圓的吸附力并去除光刻膠中的有機溶劑。（5）利用圖形曝光系統將光刻膠曝光。（6）光刻膠顯影，用顯影液將晶圓浸沒，再將晶圓漂洗并甩干。如使用正性光刻膠，將光刻膠溶解于顯影液。（7）進行晶圓后烘，增加光刻膠對襯底的附著力。（8）將晶圓置于刻蝕環境，刻蝕暴露的絕緣層。（9）利用有機溶劑或等離子體氧化將光刻膠去除，留下絕緣層圖案。

11、恒定表面濃度擴散

??? 恒定表面濃度擴散是指雜質原子由氣態源運輸至半導體表面，然后擴散進入半導體晶圓，擴散期間氣態源維持恒定的額雜質表面濃度。

??? 擴散方程：

??? 起始條件：C（x，0）=0

??? 邊界條件：C（0，t）=Cs、C（∞，0）=0

??? 解：

Erfc是余誤差函數。Dt是擴散長度。恒定表面濃度的擴散分布是余誤差分布。左圖表示濃度與擴散深度的關系，擴散時間越長，雜質擴散越深。

12、恒定雜質總量擴散

??????? 恒定雜質總量擴散是指固定數量的雜質淀積于半導體表面，接著擴散進入晶圓中。

??????? 擴散方程：

??????? 起始條件：C（x，0）=0

??????? 邊界條件：0∞Cx,t?x=S、C（∞，0）=0

??????? 解：

?

??? 總摻雜量S恒定，雜質隨時間增加而擴散進入半導體內，所以表面濃度必然下降。左圖表示服從高斯分布的雜質分布，三個擴散長度依次遞增。

13、雙極型晶體管的基本制作工藝

??? n-p-n雙極型晶體管，起始材料為p型輕摻雜，<111>或<101>晶向的拋光硅晶圓。

（1）形成埋層。先用熱氧化法在晶圓上生長一厚氧化層，再在氧化層上開一窗口，加入精確定量的砷離子，形成n+埋層。目的是減少集電區的串聯電阻。（2）淀積n型外延層。去除表面氧化層后，將晶圓置于外延反應爐中進行外延生長。（3）形成橫向氧化層隔離區域。首先在外延層上生長一薄的襯墊氧化層，接著淀積氮化硅，然后以光刻膠為掩蔽，刻蝕氮化硅-氧化層和外延層，再將硼離子注入裸露的硅區域，最后去除光刻膠。（4）形成基區。以光刻膠為掩膜保護器件右半邊，注入硼離子形成基區。（5）形成發射區。光刻膠掩膜保護，注入砷離子形成n+發射區和n+集電區接觸區域，再去除光刻膠。（6）最后一步金屬化工序，形成基區、發射區、集電區的接觸。

14、MOSFET的基本制作工藝

??? 制作n溝道MOSFET，起始材料為p型輕摻雜，<100>晶向的拋光硅晶圓。

??? （1）利用LOCOS技術形成氧化層隔離。先生長一層薄的襯墊熱氧化層，接著淀積氮化硅。刻蝕未被光刻膠覆蓋的氮化硅層。去除光刻膠后，再生長場氧化層，同時推進注入的硼離子。（2）生長柵極氧化層和調整閾值電壓。去除覆蓋有源區的氮化硅-氧化層，再生長一薄的柵極氧化層。對于增強型（耗盡型）溝道的器件，注入硼離子（砷離子）以增加或（降低）閾值電壓至預定值。（3）形成柵極。先淀積一層硅，再用磷擴散或離子注入將多晶硅重摻雜。（4）形成源級和漏極。柵極完成后，用作砷注入的掩蔽以形成源級和漏極。（5）金屬化。先淀積摻磷的二氧化硅于整片晶圓上，加熱晶圓使其回流形成平坦平面，再在磷硅玻璃上刻蝕接觸窗口，然后淀積一金屬層并圖形化。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的集成电路工艺专题复习的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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