微电子复习总纲

第一章微电子学：一门学科，一门研究集成电路设计、制造、测试、封装等全过程的学科半导体：内涵及外延均与微电子类似，是早期的叫法集成电路IC:一类元器件的统称，该类器件广泛应用于电子信息产业，几乎所有的电子产品均由集成电路装配而成•通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连,“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能芯片：没有封装的集成电路，但通常也与集成电路混用，作为集成电路的又一个名称摩尔定律即电子定律：集成电路的集成度每18个月翻一番；集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小＜2倍，这就是摩尔定律关键尺寸：半节距（half-pitch）,是指芯片内部互联线间距离的一半，也即光刻间距的一半。由于历年来每一个新的技术节点总是用于制造DRAM芯片，因此最新的技术节点往往是指DRAM的半节距。另外，在技术文章中还有两种与“半节距”意义相近的表达方式，就是“线宽”和“特征尺寸”，它们不过是对同一个数据的不同表达。“每节点实现大约0.7倍的缩小”或“每两个节点实现0.5倍的缩小”。第二章本征半导体： 理想的，不含任何杂质的纯净半导体，其纯度在99.999999%（8_10个9）。核外电子排布规律：1、泡利不相容原理2、 能量最低原理3、 Hund规则:直接能隙半导体、间接能隙半导体：若半导体导带的极小值点与价带的极大值点位于波失k空间的同一点时，称该半导体为直接能隙半导体，相反为间接能隙半导体。电子和空穴成对产生，导带中的电子浓度n0应等于价带中空穴浓度p。，即n=pooE-E E-E—CF --F vNe k0T =Ne唧C VInNCkT-FInNCkT-F=InNE-E—F VkTE+E kT：N—c z+ln匕2 2 N£为本征半导体的费米能级，将皿、M代入:E+E3tmE二E二—v+kTlniF —2— 40mdnN型半导体：本证半导体的四个价电子与另外四个原子形成共价结合，当渗入少量五价的杂质元素时，就形成了电子型半导体，又称为N型半导体。P型半导体：四价的本证半导体掺入少量三价的杂质元素时，就形成空穴型半导体，又称为P型半导体。第三章柴氏拉晶法：(1)盐酸化：将冶金级的多晶块置于沸腾反应器中，通入盐酸气以形成SiHCl/TCS)；反应式(300度加热)Si+3HCITSiHCl+H(s) (g) 3(g) 2(g)蒸馏：将低沸点生成产物TCS置于蒸馏塔中，将其他不纯物(以金属卤化状态存在)用部分蒸馏去除。分解：将已蒸馏纯化的TCS置于化学气相淀积(CVD)反应炉中，与H2还原反应而析出于炉中电极上，再将析出的固态硅击碎成块状的多结晶硅，此工艺称为西门子工艺。SiHCl +HTSi+3HC13(g) 2(g) (s) (g)单晶：半导体材料都是由构成其成分的原子规律排列而成，通常把这种原子规律排列而成的材料称为单晶。单晶生长中氧和碳：氧：一般氧浓度的含量为0.91ei8原子/厘米3到1.11ei8原子/厘米3.需适当控制氧的浓度。以填隙型单一原子存在于硅晶体中。含氧量过低时，硅晶圆内部没有SiO2析出无杂质吸附作用。含氧量过高时，SiO2析出物过多，去裸带无法形成。因此，氧浓度控制及热处理是晶圆制作的主要参数。碳：一般碳浓度为2e15原子/厘米3到8e16原子/厘米3.碳杂质来自于石墨材的氧化，由气态CO熔入硅熔液中，以替位型原子存在。因为碳原子半径比硅原子的小，因此造成附近硅晶格常数变小及区域性的应力场，该应力场可借助X光形貌技术揭示，呈现条纹图形。碳在硅晶体中呈中性的电性本质，但它却间接影响氧的行为。碳是不良杂质，应尽力降低其在硅的含量。分凝系数：在硅固液共存的状态下的比例定义为分凝系数K=CS/C,晶元缺陷：1.点缺陷：原子层面的局部缺陷2•线缺陷：错位的晶胞3•面缺陷：晶体结构的缺陷第四章薄膜：是指一种在衬底上生长的薄固体物质。化学气相淀积定义：指使一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。其英文原名为：“ChemicalVaporDeposition”，简称为“CVD”。CVD优缺点：（1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点或软点。因此减轻了衬底片的热形变，减少了玷污，抑制了缺陷生成；设备简单，重复性好；（2）薄膜的成分精确可控、配比范围大；（3）淀积速率一般高于PVD（物理气相淀积，如蒸发、溅射等）；厚度范围广，由几百埃至数毫米。且能大量生产；（4）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。外延硅与多晶硅之生长模式：多晶硅掺杂方法：高温扩散，离子注入，现场掺入第五章刻蚀：用光刻方法制成的微图形，只给出了电路的行貌，并不是真正的器件结构。因此需将光刻胶上的微图形转移到胶下面的各层材料上去，这个工艺叫做刻蚀。分类：干法刻蚀，湿法刻蚀，湿法干法结合。湿法刻蚀特点：优点:低成本、高可靠性、高产能及优越的刻蚀选择比缺点:无法得到较细的线宽需要花费较高成本的反应溶液及去离子水；化学药品处理时安全问题；光刻胶附着性问题；气泡形成及化学刻蚀液无法完全与晶圆表面接触所造成的不完全及不均匀的刻蚀；废气及潜在的爆炸性；干法刻蚀:优点：横向腐蚀小,钻蚀小，无化学废液，分辨率高，细线条操作安全，简便；处理过程未引入污染：易于实现自动化，表面损伤小缺点：成本咼，设备复杂湿法干法结合：湿法去表层胶，干法去底胶各向同性刻蚀：是通常没有方向选择性，在各个方向上以同样的速度进行刻蚀，刻蚀后将形成圆弧形的轮廓，并在掩版下形成钻蚀。会带来不希望的线宽损失。各向异性刻蚀：借助具有方向性的离子撞击，造成特定方向刻蚀，刻蚀后形成垂直的轮廓。影响刻蚀速度的条件：气体压力、气体流量、射频功率、温度、负载效应、腐蚀剂选择比第六章光刻的定义：光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术简单的说是将图形转移到一个平面的任一复制过程。负性光刻：（把与掩膜版上图形相反的图形复制到硅片表面）正性光刻：把与掩膜版上图形相同的图形复制到硅片表面先进光刻技术：激光光刻、X光刻、电子束X光刻技术优缺点:第七章离子注入：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•它是一个物理过程，即不发生化学反应•每一次掺杂对杂质的浓度和深度都有特定的要求•离子注入能够重复控制杂质的浓度和深度,因而在几乎所有应用中都优于扩散.它已经成为满足亚0.25um特征尺寸和大直径硅片制作要求的标准工艺离子注入机包括：离子源、等离子体、吸出组件、分析磁体、粒子束、加速管、工艺腔、扫描盘离子注入优缺点：缺点：高能杂质离子轰击硅原子将对晶体结构产生损伤•当高能离子进入晶体并与衬底原子碰撞时，能量发生转移,一些晶格上的硅原子被取代.这个反应被称为辐射损伤.大多数甚至所有的晶体损伤都能用高温退火进行修复.另一个缺点是:注入设备的复杂性•然而，这一缺点被注入机对剂量和深度的控制能力及整体工艺的灵活性弥补优点：离子注入两因素：剂量、射程沟道效应控制：1、倾斜硅片2、掩蔽氧化层 3、硅预非晶化 沟道效应控制：1、倾斜硅片第八章金属薄膜应用于：（1）欧姆接触、（2）肖特基接触、（3）低阻栅电极、（4）器件间互连用Cu三个方面的挑战：1、Cu很快扩散近氧化硅和硅，使人担心Cu扩散到硅的有源区而损坏器件，将引起结或者氧化硅漏电；2、 应用常规的等离子体刻蚀工艺，Cu不容易形成图形。干法刻蚀Cu时，在它的化学反应器件不产生挥发性的副产物，而这对于经济的干法刻蚀是必不可少的3、 低温下（V200°C）空气中，Cu很快被氧化，不会形成保护层阻止Cu进一步氧化。物理气相淀积：蒸发、溅射、金属CVD、铜电镀第九章按照硅衬底消耗与否区分，形成绝缘层的方法有：消耗硅衬底的热氧化层生长、非消耗性的氧化层淀积前者是将硅衬底置于含氧气氛下，在硅表面氧化形成一层Si02.由于该层Si02会消耗部分个硅表层，故称其