半导体制造技术复习总结

PAGEPAGE111/2；34185a（Deb块元件－更多 c功耗－更小a用 bc分析工艺 d检和微e商立联盟以系统01倍 bc度（）性6.度 .温允许宽容限c.更宽工作温度范围 d.氧化自然生成7GaAs优点子迁移率;.寄生容信号损;.速度比更快;d.阻率更，在GaAs衬底器件之间很容易 实现隔离，会生损失.有抗辐射s缺点.缺乏天然氧物.脆由于镓相对匮乏中的消，s本相当于10.砷剧毒需在设废物除设 施中 别 控三器件8等比例缩小:所有尺寸和压都必须在通过设计型应用统缩小。四和9用来做纯称为子级硅西 门 子 工艺1.用碳 热 石 来 冶 金 级 Si(l)+SIO(g)+CO(g)

(s)2将冶金级纯以生三氯烷 Si(s)+3HCl(g)

(g)+H3

(g)2Si(s)+3HCl(g)

通 过 三 氯 烷 和氢 气 反 应 来 生 SGS

(g)+H3

(g)210单生把多块转变单，并给予正确向和适N型或 P型，叫做生。(Czochralski工艺熟，较好地拉位错缺点以避免来自石英坩埚和质污染。)11缺陷:a.三基点缺陷空）b.12、；去；201、作双级中阻挡减少集电极电阻时保持击穿电压；CMOS和DRAM中具、碳第五章 半导造中品14、张力滴张力增接触积所需随着积增分必须打破分间引力从内部运动到，需 15、气控7个9以(99.99999%)气类 气符号 途惰性氮气 N2

腔湿气残余气时也作某淀积气体氩气 Ar 中腔中氦气 He 腔气真空室漏气检查 还原氢气 H2

运载气也热氧中O2

反应水蒸气 气 O2

腔气体16、输送配送(BCD)系统完；BCD系统品、；间限品适合D系统输送而定输送。17、气控7个9以(99.99999%)存储型存储罐或1000式拖车内配送(BGD)点；；人素。特种气体：控制在4个9以上的纯度(99.99%)特种气体通常用 100磅金属容器（钢瓶）运送到硅片厂，用局部气体配送系统输送到工艺 反应室。 第六章 硅片制造中的沾污控制 18、沾污的类型：沾污是指半导体制造过程中引入半导体硅片的任何危害微芯片成品率及 电学性能的不希望有的物质。 a.颗粒(可以接受的颗粒尺寸必须小于最小器件特征尺寸的一半);b.金属杂质(危害半导体工艺的典型金属杂质是碱金属);有机物沾污(来源包括细菌、润滑剂、蒸气、清洁剂、溶剂和潮气等。微量有机物沾污能 降低栅氧化层材料的致性导致的清不);氧化层(氧化层工艺接电：通过用HF的的清);电（ESD于种不电的材料接。电一个物体一物体 控制，可能微芯片。ESD电量小，小，可1A的电，可以蒸金属导和氧化层。电可能成栅氧化层的。，一硅片有电，的电能引电颗粒化引中性颗粒到硅 片）。ESD控制：电的化材料D接气电。19、沾污的源控制：工艺用化学品工艺气体。2、典型硅片清：（1）a有机物和金属（）1颗粒（3）2金属（清，W清（纯），F氧化层，UPW清最）。21、清：清(megasonics)、清、器、清（清器，清，清，清）、硅片（机，异蒸气 ）有氧化物和RCA清的硅片是性的过的氧化物于氢是性的。 第章 量学和2、：（电（用于）。2、杂度：在量：（杂度系统（低杂度）；量：质（S电容电（V）特性。24、度是量机和硅片的的能。量度的是微（CPM）。25、（FIB,FocusedIon系统体上可以个部：源、 /系统（包括部）和品。系统的应用：微和；③高分辨率扫描离子显微成像（SIM）； ④半导体器件离子注 入； 第八章工艺腔内的气体控制26、工艺腔是指一个受控的真空环境：在真空环境中保持预定的压强；去除不需要的水汽、空气和附加反应；创建一个能够使化学反应（例如产生等离子体）发生的环境；控制硅片的加热和冷却；控制气态化学品的流入，并在尽量靠近硅片的地方发生反应；27、真空的益处：a.创建洁净的环境；b.降低分子密度；c.增大分子碰撞的距离；d.加速反应过程；e.产生一种动力真空级别：初级759~100托氧化、光刻、抛光;中级 100~10-3托 刻蚀、淀积、金属化高级 10-3~10-6托 离子注入、测量;高级 10-6~10-9托 测量.28、等离子体（）：是一种中、高能量、离子化的气体，中子分子、带离子和子是除去、、气，在的第态。在一个的工艺腔内，强流流是子气体子都导气体子的离子化等离子体发生在硅片的气体反应需的大分能 量，应29、光：加能，气体中的子加速，过气体，中子离子撞并发射（）（RF）产生光30的，需要的的的工艺反应过在洁一第章 成制工艺31、CMOS工艺流程：制（layer） 刻(pattern) 刻蚀 32、硅片制的分：（氧化、淀积和）：的：工艺淀积的：高能：高1200℃，完成氧化、、淀积、退火金2）光刻： 黄光胶/光刻/显影的：将图转移到覆盖硅片的光刻胶上3）刻蚀：的：刻蚀是在硅片上没光刻胶保护的地方留下永久的图方：刻蚀和干刻蚀 4）离子注入：离子注入机是亚微米工艺中常见的工具方法：离子注入＋退火 常见掺杂元素：As,P,5）薄膜生长区：薄膜区主要负责各个步骤中介质层与金属层的淀积。 方法：CVD,PVD,SOG,RTP6）抛光区：P（化学机械抛光）的目的是使硅片表面平坦化。 方法：化学腐蚀＋机械研磨 33.CMOS制作步骤：⑴双阱工艺；⑵浅槽隔离工艺；⑶多晶硅栅结构工艺；⑷轻掺杂漏（LDD）注入工艺；⑸侧墙的形成；⑹源/漏（S/D）注入工艺；⑺接触孔的形成； ⑻局部互连工艺；⑼通孔 1和金属塞 1的形成；⑽金属 1互连的形成； ⑾通孔 2和金属塞 2的形成；⑿金属 2互连的形成；⒀制作金属 3直到 制作压点及合金；⒁参数测试 第十章 氧化 34、氧化膜的用途：a.保护器件和隔离b.制子区隔离（表面钝化） c.栅氧元结构中的介质d.掺杂中的注入膜e.金属层的介质层 35层金属和层金属；氧化质要孔和。36、氧化的化学：氧： Si()+O2() SiO2()氧： Si()+H2O() SiO2()+2H2()氧生层氧化硅膜和。的生长是氧氧化硅中、。氧生成的子的使氧化层的氧。通中氧化到与氧生长的氧化膜结构和。37、氧化生长的素：度O掺杂：掺杂的硅要轻掺杂的氧化。(111)(100))硅晶的氧化))的积要多。抛抛数B硅的晶。(111)和(100)抛的氧化生长。压：生长压。压的方法：保的氧化的氧化生长。这硅的氧化氧化生长600℃的进。技术问题颗粒较的膜生长氧化要的膜质量。38、用工艺的基本设备：卧式炉、立式炉、处理(RTP)；39、RTP的主要优点：减少算 硅中杂质运动最小减少冷壁(coldwall)较的腔积达到清洁的氛的工时（指循时）40、RTP的源：多数的 RTP采用多盏卤钨灯组装起作源。 4、P应用： ）注入退火，以消除缺陷并激活和扩散杂质； 淀积膜的致密，如淀积氧化膜 硼磷硅玻璃（BPS）回流； ）阻挡层退火，如氮化钛)；5）硅化物形成，如硅化钛)； 6）接触合金 42、热氧化的目标：按厚度要求生长无缺陷、均匀的SiO2膜。干法热氧化最常见的应用是生长用于栅氧的薄氧化膜。用干法氧化生长的高质量氧化物具有均匀的密度、无针孔、可重复的特点。第十一章 淀积 43、关键层(Criticallayers)是指那些线条宽度被刻蚀为器件特征尺寸(CD)的金属层。 对于 ULSI，特征尺寸的范围一般为：形成栅的多晶硅、氧结构以及距离硅片表面最近的 （）（电）。44、关键层(Noncriticallayers)指于的金属层，有的线宽。 功。45、薄膜特：①好的台阶覆盖能力(FilmStepCoverage)；②填充深比间隙(HighAspectRatioGaps)能力深比定义间隙深比值,来描述间隙（槽或）深比间隙使得难且产生(pinch-off)和空洞③好的厚度均匀(ThicknessUniformity):材料的阻随薄膜厚度的变化而变化，此薄膜厚度要均匀。膜层越就多的缺陷，如针孔，这致膜本身机械强降低。对于薄膜，要有好的表面平坦来尽能减少台阶缝隙。④纯度和高密度(FilmPurityandDensity)中含有H使膜特蜕化。也它示中空洞少降低，有时致折射率变。⑤受控制的化学剂量； ⑥高度的结构完整和低的膜应力； ⑦好的学特;⑧对衬底材料或层膜好的黏附性46粘附(FilmAdhesion):了避免分开裂衬底材料好粘附。开裂的膜致膜表面粗糙，杂质也可以穿过起隔作用的膜，开裂电短路或者漏薄膜对表面的粘附由表面洁净薄膜能与之合金的材料类型决定；金属铬、钛、钴为它们的粘附而常有用。 47、薄膜生长骤:第一：晶形成.第：成（生长）.第：形成的膜。 48、化学气相淀积（CVD）是通过气体混合的化学反应硅片表面淀积一层固体膜的工艺。硅片表面及其邻近的区域被热来向反应系统提供附的能量。 化学气相淀积的基本方面： ①产生化学变化，这可以通过化学反应或热分解②膜中所有的材料物质都源于外部的源 ③化学气相淀积工艺中的反应物必须以气相形式参加反应 49、化学气相淀积过程中 5种基本化学反应： 高温分解：通常在无氧的条件下，通过加热化合物分解（化学键断裂光分解： 利用辐射使化合物的化学键断裂分解； 还原反应：反应物分子和氢发生的反应； 氧化反应：反应物原子或分子和氧发生的反应； 氧化还原反应：反应 3与 4组合，反应后形成两种新的化合物。 50、异类反应与同类反应： CVD工艺反应发生在硅片表面或者非常接近表面的区域，称为异类反应（也叫表面催化）。某些反应会在硅片表面的上方较高区域发生，这称为同类反应。 同类反应是要避免的，因为反应生成物会形成束状物，这会导致反应物粘附性差、低密度和高缺陷。在CVD工艺中，需要异类反应来生成高质量的膜。51、CVD度因：(mass-transportlimited)CVD硅片表面的（质量淀积工艺温度。高温高CVD工艺是质量的。）(reaction-ratelimited)（(kineticallycontrolled)）：低的反应温度和量来表面反应，表面反应度会低。，反应物硅片表面的过表面化学反应的（使有的反应物，由于低温反应所需的量，反应度也）52、CVD过程中使用子的：1.低的工艺温度 (250–450℃)； 2.高的深宽比间隙有的填充(用高密度等子)；3.淀积的膜硅片有优良的黏附； 4.高的淀积；5.的针孔和空洞，因为有高的膜密度； 6.工艺温度低，因而应用范围广。53、低k材料：线电容C正比于绝缘介质的 k值，低 k值的绝缘介质以减小芯片总的互连电容，减小RC信号延迟，高芯片性。（芯片性的一项指标是信号的度。芯片的断导致度，使导（R）。，导的生的生（C）。加了RC信号延（RC信号延迟低芯片度，减弱芯片性）。通常称为互连延迟。本质上讲，减小互连尺寸带来的寄生电阻和电容效应而导致大的信号延迟。这与晶管的发展正相反，晶管而言，随着栅长变小，延迟变小，晶管的度加。）54、高k介电常数：用于 DRAM存储器中； 取代薄栅氧。 （MOS管栅介质需要承栅电极衬底之间很高的电薄栅氧会隧穿电的影响。在小尺寸ULSI子会在晶管开关时隧穿通过栅介质。这导致阈值电的漂移，并于无法切换开关状而使电路失效。）55、外延长法：气相外(VPE)金属CVD(MOCVD)、分子束外(MBE)；第十二章金属化56、互连指导电材料(铝、晶硅或铜)成的连线电信号芯片的同部分。 57(contact)58(via)59600m。银都比较容易腐蚀，二氧中高扩散率，这些都止它们被用于半导体制造银比昂贵得多，而且氧膜上附着不好。3。容易淀积上，可用湿蚀而不膜。61可，，中得。62于低率，因此可取代为主要材料。为什么入？减小Ωm减小到1.678µΩ-cm；减少 RC信号延迟，增加速功耗减少减小了宽，降低了功耗。高，高，这着好能不用减少工艺步骤2030潜力。临挑战：①快速扩散进氧，旦进入源区，将会损坏②应用规等离子体蚀工艺，不能容易图③温＜0空气快会保护步些方：采用为优处理。用作为，栅区，克服了沾污。采用双马士革，不需要蚀63基本特：1）很好扩散作用； 2)高导率很低欧姆；3)半导体很好附着； 4)抗；5很并且高温很好；6抗侵蚀氧64被用于普钨，因此膜被称为钨膜。高比能，被可的因此也被用以禁止扩散及反应难熔材料熔点为：7，0Ωm。65溅射广泛系统,溅射理特轰击靶以轰击出原子淀积这些原子膜。溅射优点:1.淀积并保持复杂原组分能力； 2.能够淀积高温熔难熔；能够直径为200mm或上制淀积均匀膜；多腔集设备，能够淀积前清除沾污本身氧(被称为原位 溅射)。三类溅射系统:①射频）溅射产额不高，导致它的沉积速率低，因此应用受到限制。 ②磁控；③（离子化的金属等离子体）离子化金属等离子体为高深宽比淀积改进了方向性。 66、光刻包括：

第十三章 光刻：气相成膜到软烘 ①负性光刻：基本特征是当曝光后，光刻胶会因交联而变得不可溶解，并会硬化。一旦硬 化，关联的光刻胶就不能在溶剂中被洗掉。负性光刻胶得到了与掩膜版上图案相反的图形。 ②正性光刻：正性光刻工艺中，复制到硅片表面上的图形与掩膜版上的一样。被紫外光曝 光后的区域经历了一种光化学反应，在中软化并可溶解在中。 67、光刻的8：①气相成膜(Vaperprime)： 洗、硅片表面成膜的：硅片光刻胶的性。 硅片洗包括洗离子洗。、烘在一成，在硅片表面的。后用基硅,）进成膜，到粘进剂的用。 ②胶(Spincoat)③软烘(Softbake)：的是光刻胶中的溶剂。 软烘高了性，了光刻胶的性，在刻中得到了的宽控制。 的软烘是在上90℃到100℃烘30。④对准(Alignmentandexposure确位置对准将把移对准重要质量指标是宽辨率、套准精度、颗粒缺陷。⑤培（PEB深紫外(DUV)光刻胶必须曝光后烘培。⑥(Develop)光刻胶上的可溶解区域被化学剂溶解，将见岛或者窗口图留在硅片表面。通常的方有、喷雾、浸润。⑦坚培(Hardbake后的烘为坚膜烘培烘培要求挥发掉存留的光刻胶溶剂，高光刻胶对硅片表面的性。⑧检查(Developinspect检查来确定光刻胶图形的质量。检查的：找出光刻胶有质量问题的硅片，描述光刻胶工艺性能满足规范要求。后检查发现错误可纠正，否则硅片一旦被错误刻，就成了废品。68、光刻胶的用： ①将掩膜版图案移到硅片表面顶层的光刻胶中。 ②在后续工艺（如刻或离子注入阻挡层）中，保护下面的材料。69要求存准确对准这指标套准精度要多次时任何套准误差（套准容差描述要层。一为关的三（掩膜投对硅片的对准对于满足套准容差的要求非常关键。））都响到硅片表面上不同图案间总布局容度。70、光刻胶的特性：辨率－区别硅片表面上两或多的邻近特征图形的能力。对比度－光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度。 敏感性－硅片表面光刻胶中产生一个良好图形所需要的一定波长光的最小能量值 (mJ/cm2)。提供给光刻胶的光能量值通常称为曝光量。 粘滞性－指的是对于液体光刻胶来说其流动特性的定量指标。粘滞性增加，光刻胶流 动的趋势变小。粘度单位泊(poise)。粘附性－描述光刻胶粘于衬底的强度。 抗蚀性－在后续的蚀刻中保护衬底表面的能力。 表面张力－液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力。 存储和传送－需规定光刻胶闲置期限和存储温度环境。 沾污和颗粒－光刻胶材料的纯度很重要。控制可动离子沾污和颗粒。 第十光刻对和曝光 71光刻光刻SSI>5μm光刻 机2－4μm描光刻于1μm的非分重光刻主要于图形形寸小到 0.35μm和0.25μm。描光刻(Step-and-scansystem)进光刻的目标：使硅片表面和石英掩膜版对并聚集 通过对光刻胶曝光，把高分辨率的掩膜版上图形制到硅片上 在单位间内生产出足够多的符合质量规格的硅片 其优点①增大了曝光场，可以获得较大的芯片寸；②具有在整个描过程调节聚集的能力，使透镜缺陷和硅片平整度变化能够得到补偿。72光的衍射:光在传播路径中，遇到一个小孔或缝隙，产生偏离直传播的现象称为光 的衍射。（衍射描述当光通过掩膜上的狭窄图形的弯曲方。）光的衍射和光刻密切相。因为掩膜版上有细小图形并且间距很窄，衍射图样夺走了曝光 能量，并使光发射，导致光刻胶上不要曝光的区域被曝光。 73:一个透镜能够俘获一些衍射光。透镜收集衍射光的能力被称做透镜的(numericalaperture,NA)NA越大就能把更多的衍射光会聚到一点。第十五光刻光刻胶显和先进的光刻技术 74通过显液将可溶解的光刻胶溶解就是光刻胶显，显除去了由曝光造的可溶解 光刻胶。 75接受。76由于提高了分辨率，正胶是亚微米工艺制造中最普遍的光刻胶。 77、显影方法：连续喷雾显影（所需的化学试剂少，腐蚀的快旋覆浸没显影（方法简单）；78、显影后的热烘培称为坚膜烘培，目的是蒸发掉剩余的溶剂使光刻胶变硬。坚膜提高了光刻胶对硅衬底的粘附性，为下一步的工艺加工做好了准备，如提高光刻胶抗刻蚀能力。坚膜也除去了剩余的显影液和水。79、显影后检查是为了检查缺陷，同时将有缺陷的硅片在还未进行刻蚀或离子注入前从工艺线上取走或进行返工（将硅片表面的光刻胶剥离，然后重新进行光学光刻工艺的过程称为硅片返工）。80、下一代光刻技术：①极紫外（V）光刻技术 ②角度影子光刻技术离子影光刻技术（L）X线光刻技术刻蚀81目是在胶的硅片上膜。82、的刻蚀工艺：法刻蚀和法刻蚀法刻蚀是硅片表面的离子，离子过光刻胶的窗，硅片发或化学，从去掉的表面。法刻蚀是液化学试剂 化学方去除硅片表面的，一的（m。83、有刻蚀和刻蚀：有刻蚀刻蚀掉的表面，有硅片上的一在刻蚀过程刻掉。刻蚀、刻或剥离是在硅片 没有的下进行的。 84、刻蚀：①刻蚀：刻蚀过程去除硅片表面的度，n表。刻蚀(Å/min)刻蚀的深度称为台阶高度。 ②刻蚀剖面：的是刻蚀的侧壁状偏差宽关键间距它由横向钻引起但也能由刻蚀剖面引起。刻蚀偏差a；=刻蚀前光刻胶的线宽；=光刻胶去掉后被刻蚀 的线 宽比条件另种相比多刻除刻去的高。S=Ef/ErEf=刻蚀的刻蚀；E的刻蚀；⑤均匀种衡量批批批之间参具深宽比槽比具低深宽比槽慢深宽比相关刻蚀)，也称为。⑥残留：是刻蚀后留在硅片表面想的。它覆盖在腔内壁或刻蚀的底。原因：刻蚀膜的污染、了合适的化学刻蚀剂、腔的污染、膜均匀的杂质布。：在刻蚀过程光刻胶的化刻蚀（如 ）和刻蚀 结合在一起成的。聚合的成有时是有益的，是为了在刻蚀的侧壁上成抗刻 蚀膜从防止横向刻蚀，样能成高的各向异性。因为聚合能阻挡对侧壁的刻蚀， 增强刻蚀的方向性，从实现对关键的良好控。⑧等离子体诱导损伤：包含具有能量的离子、电子和激发分子的等离子体可引起对硅片上的敏感器件引起等离子体诱导损伤。一种主要的损伤是非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷阱电荷，引起薄栅氧化硅的击穿。⑨颗粒沾污和缺陷：等离子体带来的硅片损伤有时由硅片表面附近的等离子体产生的颗粒沾污而引起的。氟基化学气体等离子体比氯基或溴基等离子体产生较少的颗粒，因为氟产生的刻蚀生成物具有较高的蒸汽压。85、干法刻蚀：优点：刻蚀剖面是各向异性，具有非常好的侧壁剖面控制；好的CD控制；最小的光刻胶脱落或粘附问题；好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性；较低的化学制品使用和用；缺点：对的刻蚀比；等离子体带来的器件损伤；；8、的干法刻蚀：高的刻蚀n；对的高比；高的 均匀性，CD控制好；有等离子体诱导电带来的器件损伤；物污染少；⑥快去胶87简单；处用等。88、刻蚀通常分为介质刻蚀、硅刻蚀和刻蚀。第十七章离子注入89、掺杂是把杂质引入半导体的晶体结构中，以改变其电学性能。两种掺杂方式：扩散、离子注入；膜。扩散掺杂是在高温炉中进行的，所以需要氧化物或氮化物作为掩膜。扩散是物质的一个基本性质，描述了一种物质在另一种物质中运动的情况。扩散分为三种：气态、液态和固态90、硅中固态杂质的热扩散需要三个步骤：预淀积、推进和激活。91、在硅片中，杂质原子的扩散有两种机制：间隙式和替代式。具有高扩散的杂质，如容易利用间隙运动在硅的晶格空隙中移动。位。92、在一定温度，硅能够吸收的杂质数量是一定的，被称为固溶度极限。每种确定的杂质都有一个固溶度极限。硅中的杂质只有一部分被真正激活，并提供用导电的电子或空穴。多数杂质仍然处在间隙位置，有被电学激活。93、离子注入是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，以改变其电学性能的方法。它是一种物过程，即不发生化学反应。离子注入能够重复控制杂质的浓度和深度，因而在几乎所有的应用中都优扩散。离子注入工艺在离子注入机内进行。离子注入过程的主要目标：向硅片中引入均匀、可控制数量的特定杂质。把杂质放置在希望的深度。离子注入的优点：精确控制杂质含量；好的杂质均匀性；对杂质穿透深度有好的94)Qte01Acm2②射程射程指程中总距离投影射程Rp在中距决定于和靶和相于向在程中与发碰撞导致失在某深