集成电路思考题

1、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

2、子型、离子型、原子型清洗顺序：去分子一去离子一夫原子一去离子水冲洗一烘干、用干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，1降低位错排与滑移线，1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？硅片的清洗名称配方使用条件作用备注I号洗液NH4OH:H2O2:H20 =1:1:5-1:27805T10min去油脂去光刻胶残膜去金属离子去金属原子

3、去重离子II号洗液HCI:H2O2:H2O =1:1:61:2:8805C 10min去金属离子去金属原子去一般金属 离子，K.Na 等III号洗液H2SO4:H2O2 =3:112010r10si5min去油、去光刻胶、去腊去金属离子去金属原子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？衬底与外延层不发生化学反应，不发生大量的溶解现象；衬底与外延层热

4、力学参数相匹配，即然膨胀系数接近。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。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点：超高真空度达10-910-11Torr，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A量级。设备上有多 个喷射口，可生长多层、杂质分布复杂

5、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。一一 点：设备复杂、价格昂贵。VPE 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。一 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SiO2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SiO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

6、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）生长谏率介于干O2与水汽氧化之间：可由水温、炉温调节生长谏率， 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

7、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

8、高浓度的钠，则线性和抛物型氧化谏率常数明显变大。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？6.掺氯氧化为何对提高氧化层质量有作用？HUI的轲化过程，实质上就是在热生长S】。上膜的同时.在引6中揍入一定数量的氯离 子的过程，所掺入的氛离于主要分布在SiOz界面附近皿&左右处。氯在氧化膜中的行 为是比较复杂的，从实验观察分析认为有以下几种情况：口）氯是负离子，在氧化膜中集中 晒然造成负电倚中心，它与正电荷的高子起中和作担；它能在氧化膜中形成某些陷防态 来停获可幼离子；（3）碱金属离子和亟金.属离于能与氯形成

9、蒸气压高的宾化物而被除去；（4） 在氧化膜中填补氧空位，与硅形成Sici罐或Si-o-a复合休，因此降低了固定正电荷密度 和界商态密度（可使固定止电倚密度降低约一个数坦级掺氯氧化同时减少固定电荷等氧化 膜缺陷，提高氧化膜平均击穿电压1曾加轼化速率，提用硅中少数载挽于寿命等。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？4.由热氧化机理解释干、湿氧速率相差很大这现象由二氧化硅基本结构单元可知，位于四面体中心的si原子与四个顶伯上的氧原于以共 价键方式结合在一起，。原子运动要打断四个Sio键，而桥联O原子的运孕只需打断二个 Si-O 非桥联氧原子只需打断一个Si-Oo因此，在叩必网

10、络结构中，Q原子比Si原 于更容易运幼*轼原子离开其四面体位也踪却5,生成氧奕位U在热氧化过程中敏离子或 水分子皈驾在已生长的序6中扩散进入序。必 界面，与瓯原子反卢生成新的sg网络结 构,SiOi膜不断增厚.与此相反，琏体内的序帔子则不容易挣脱&共价察如少呻，也不 容易在巳生长的Si。-岬斜|移劫。所以，在热弱化的过程中，氧:化反应将在SSO3-Si界面处 姓行，而不发生在Sig层的外表层，这一特性决定了热氧化的机埋。为了解赛线性速率常数与硅表而晶向的关系，有人提出了一个模型。根据这个模型，在 二氧化硅中的水分子和Si-SiO3界而的Si-Si罐之何能直接发生反应耳在这个界面上的所有的 硅原

11、子，一部分和上,而的单原子桥联，一部分和下面的序原子桥联，这样轼化速率与晶向 的关系就变成了氧化速率与氧化激活能和反应格点的浓度的关系了。在SiOi-Si界面上,任 何一个时刻并不是处于不同位置的所有硅原子对氧化反应来激都是等效的，也就是晚不是所 有硅原子与水分子都能发生反应生成Si0i.实验发现，在干氧氧化的气筑中只要存在极小量的水汽，就会对氧化速率产生重要影 响。对于硅的1曲）晶面，在X0UQ的温度下进行干氧氧化时，土氧化剂气氛中的水汽含量小 于1 ppm时氧化7。0分钟，轼化层厚度为300Ai在同样条件下，水汽含量为25ppm时， 氧化层厚度为370 A.在上述实验中，为了准确控制水汽含

12、量氧气源是液态的；为了防止 用温下水汽通过石英管壁进入轼化炉内，氧化五英管是双层的，井在两层中间通有高纯氯或 靛.这样可以把通过外层石英管姓入到央层中的水汽及时排除。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?5一薄层氧化过程需注意哪些要求？现采用的工艺有哪些？在ULSI中，MOS薄根氧化层 IOOA）制备应满足以下关罐条件：低缺陷密度一以降低在低电扇下的突然性失效次数I（2）好的抗杂质扩散的势垒持性剧p多晶硅知的p-MOSFET 别重要； a J bi |18 ai J a! ii a k h i i J fc m i * J i i n 广 i r ihi

13、 -个关耗:回的反应毫、沿气流方向反应剂3 w 消耗；.浓度降低”因此）.膜防.知;鹫:： 气体反应剂被消耗而出:现的反应剂浓度改斐季在水平方向上逐渐提高温度来加快反应速度，从 而提高淀积速率,卜偿气缺效应的影响，减小各 处淀积厚度差别口I季采用分布式的气体入口，就是反应剂气体通过一 系列气体口注入列反应室中。需要特殊设计的淀 积室来限制注入气体所产生的气流交叉效应口44、增什么穆陟宰刻系统的主要指标有樱些？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

14、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（感光谏度）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

15、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：掩膜版诜用是否正确、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

16、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？驻波效应是当用单角光进行曝光时.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

17、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，人=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

18、反应离子刻蚀RIE）答：干法刻蚀又会为三种：物理性刻蚀、化学性刻蚀、物埋化学性刻蚀U物理性刻蚀是 利用辉光放电将气体（如Ar气）电离成带正电的离于，再利用偏压将离子加速，舐击在般 刻蚀物的表而而将被刻蚀物的原子击出漉射，该过程完全是物理上的能量转形，故称物 理性刻蚀耳化学性刻蚀，或称等离子体刻蚀（p】踮血ctehing）,是利用等离子体将刻蚀气体电离并 形成站电高子、分子及反同活性很辙的原于团.它们扩散到被刻蚀薄膜表面后与被刻蚀薄膜 的表面原子反应生成具有挥发性的反应产物并被其空设备抽离反应瞠。因这种反应完全利 用化学反成，故称为化学性刻蚀。最为广泛使用的方法是结合物理性的离子轰击与化学反应的

19、刻蚀又祢为反南离子刻蚀 Creactive iun etching, RIEL这种方式兼具非等向性与高刻帔选择比的双重优点口刻蚀的进 行主要靠化学反放来实现，加入离子轰方的作用有W破坏被刻蚀材质表面的化学键以提 高反应速率；将二次沉积在被刻蚀薄膜表血的产物或聚合物打掉，以使破刻蚀表而能充分 与刻悦气体接触耳由于在表而的.：次沉枳物可被离子打掉，而在侧壁I：的：祝沉积物未受到 高于的轰击，可以保留下来阻隔刻蚀表而与反应气体的接触使得侧壁不受刻蚀所以采用 这神方式可以获得各向异性的刻蚀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，

20、边缘整弁陡直；二是图形内没有针孔；三是图形外没有残留的被腐饨物质。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？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。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）。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。图形与衬底要有足够的反差（光密度差），一般要求达25以上，同时透明区应无灰 雾。掩模应尽可能做到无“针孔”、“小岛”和划痕等缺陷。版

21、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。ffl at nn i ik皿，a ro 心ix 旅i rax-i wi。6一筒述集成电路的常规掩模版制备的. I ：艺流程言答：硅平面晶体管或集成电路掩模版的制作.一般地讲，要经过原图绘制（包括绘总图和刻 分图）、初缩、精编兼分步重复、复印阻版和夏印阳版等几步。掩模版倒造人昆根据图形产 生的磁带数据,再加上不同的应用需求及地格，会选用不同的制作流程。版图绘制：在版图设计完成后，一般特其放大007000倍（通常为500倍），在坐标 俄上面出版图总阁。刻分层图，生产过程中需要几次光刻版

22、，总图上就含有几个层次的图形-为了分层制 出各次光刻版，首先分别在表血贴有红色膜的透明聚酣塑料胶片（称为红膜）的红色薄膜层 匕刻出各个层次的图形，揭掉不要的部分，形成红膜表示的各层次图形言这一步又称为到红膜。初箱：对红膜图形进行第一次缩小，得到大小为最后图形十僭的各层初编版。其过程 与照相完A样。精箱兼分布重如：T大国片硅片上包含有成百上干的管芯，所用的光刻版上当然就 成重复排列有成百上干个相同的图形=因此木步任务有两个：首先将初缩版的图形进一步蜩 小为最后的实际大小，并同时进行分布重复得到可用于光刻的止式掩模版。直接由精缩和 分步重复得到的叫做母版。复印：在集成电路生产的光刻过程中，掩模版会

23、受磨损产生伤痕*使用一定次数后就 要换用新掩模版。因此同一掩模】：作版的需要数量是很大的，若每次I.作版都采用精婿得到 的母版是很不经济的因此在得到母版后要采用复印技术复制多块工作掩模版供光刻用。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？各向异性刻蚀，即只有垂直刻蚀，没有横向钻蚀。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 谏率都比被刻蚀薄膜的刻蚀谏率小得多，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；加工批量大，控制容易，成本低，对环境污染小，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