集成电路制造工艺与原理期末答卷

.1)例如，集成电路中主要集成了哪些设备？5点2)选择硅半导体的理由至少有两个。5点3)清洁过程中使用的洗涤槽中纯净水的阻力(比率)在排水口中达到一定程度时，是否意味着硅片被清洗了？5点4)一般半导体的污染是什么样的？5点5)介绍了曝光过程中正负光刻胶的变化和差异。5点(6)为什么在曝光前和曝光后烘焙？如何提高光刻分辨率？(？10分7)硅片在大气中自然氧化，从洗涤过程的角度看是污染。通过什么工序可以在不损伤硅的情况下冲洗？10分(8)在蚀刻过程中，如果电极附近存在鞘膜领域，并说明电极附近只有正电荷，则用泊松方程说明，在一个周期内电极附近的电场方向总是指向电极。10分(9)在电极形成过程中使用了金属Ti，请详细说明金属Ti的特性以及金属Ti在集成电路电极结构中的作用！15分(10)以CMOS的nMOS形成过程为例，离子注入过程中使用的不同阶段的目的或作用是什么？15分(11)等离子是现代集成电路工艺中必不可少的加工手段和材料，根据你的理解和掌握，详细说明等离子在集成电路工艺中的应用。15分1)例如，集成电路中主要集成了哪些设备？5点回答：集成电路主要集成晶体管、二极管、电阻和电容。2)选择硅半导体的理由至少有两个。5点回答：(1)硅是库存丰富、地球上第二丰富的元素，占地壳成分的25%，经过合理加工，精制成半导体制造所需的足够高的纯度，可以消耗更少的成本。(2)硅熔点高，可以承受更高温度的工艺，从而缓解了工艺要求。(3)硅在表面自然生成。硅是高质量、稳定的电绝缘材料，起到保护硅免受外部污染的优质化学阻断剂的作用。生长稳定的薄层二氧化硅物质的能力是制造高性能金属氧化物半导体(MOS)装置的根本。3)清洁过程中使用的洗涤槽中纯净水的阻力(比率)在排水口中达到一定程度时，是否意味着硅片被清洗了？也就是说，在洗涤过程中纯水的电阻率为18时，硅片被清洗了。4)一般半导体的污染是什么样的？(1)粒子(2)金属杂质(3)有机物污染(4)自然氧化层(5)静电释放5)介绍了曝光过程中正负光刻胶的变化和差异。回答：正照片寄存器：曝光区域进一步溶解，照片寄存器中出现正蒙版图形。在曝光过程中，如果晶石光刻胶分解，则曝光区域容易从显影液中冲洗出来。负光刻胶：曝光区交联硬化，曝光的光刻胶容易溶解于未从显影液中去除的显影液溶剂中。负相遮罩形状在光刻胶中形成。差异：负光刻胶在硅波中形成的图形与存储板的图形相反，正光刻胶在硅波中形成的图形与存储板的图形相同。(6)为什么在曝光前和曝光后烘焙？如何提高光刻分辨率？(？回答：曝光前烘焙可以解决(1)光刻胶膜粘滞、易受颗粒污渍影响的问题，(2)光刻胶膜解决旋转涂层内部应力引起的粘合问题，(3)可以区分曝光和未曝光光刻胶的溶解差异，(4)可以首先处理光刻胶散发的气体防渍光学系统的镜头。曝光后烘焙应使用CA DUV光刻胶后烘焙，以促进关键光刻胶的化学反应。以DNQ化学成分为基础的传统型线胶，后干的目的是提高光刻胶的粘合性，减少驻波。提高光刻分辨率的方法：增加成像系统数字光圈(NA)，缩短曝光波长()，减少光学系统工艺系数k的参数。7)硅片在大气中自然氧化，从洗涤过程的角度看是污染。通过什么工序可以在不损伤硅的情况下冲洗？回答：硅在大气中自然氧化产生的污染称为自然氧化层，自然氧化层必须通过使用含HF酸的混合液的清洗阶段去除。大部分清洗方法是在最后阶段将硅片表面暴露在氢氟酸(HF)中，去除硅表面的自然氧化层。硅表面的自然氧化层是高纯外延薄膜和MOS电路栅超薄氧化物(50e以上)生长的关键。HF浸泡后硅晶片表面被氢原子完全终止，空气中稳定性好，避免财产化。氢原子结束的硅表面保持与体内硅晶体相同的状态。干洗等离子体技术也是工程设备的集成预处理阶段，确保了自然氧化层。(8)在蚀刻过程中，如果电极附近存在鞘膜领域，并说明电极附近只有正电荷，则用泊松方程说明，在一个周期内电极附近的电场方向总是指向电极。10分回答：如图(a)的a区域所示，在a区域，电子和正电荷都在增加，但是目录增加得更快，向外部显示负电荷，因此得到v0，格式电场E0如图(a)的b区域所示，b内的电子等于正电荷的量，不过帐到外部。也就是v=0，表达式是E=0如图(a)的c区域所示，c内的电子和正电荷都减少，但电子迅速减少，因此可以得到对外的正电荷，即v0，shelterE0所以在一个周期中，电极附近的电场方向总是指向电极。(9)在电极形成过程中使用了金属Ti，请详细说明金属Ti的特性以及金属Ti在集成电路电极结构中的作用！回答：钛的特性：纯钛是银白色的金属，在金属分类中被归类为稀有的轻金属。钛在元素周期表中属于 b族元素，原子数为22，原子量为47.9，原子半径为0.145纳米。钛的熔点为166010 ，有两种同素异构体，相变为890 920 ，转变温度以下为致密六角形-Ti，转变温度以上为熔点之间为体中心立方的-Ti。钛在化学、物理和机械性能上有自己的特性。钛与其他金属相比密度小，强度高，弹性系数低(常温下为103.4GPa)，屈服率高，导热系数小(0.1507J)，热膨胀系数低，无磁性，无毒，耐低温，耐蚀，与氧的亲和力很强。钛金属在电路电极结构中的作用：钛可以在CMOS制作过程的接触形成过程中使硅和以后沉积的导电材料更加紧密地结合。钛的电阻很低，同时能与硅充分反应。温度大于700，钛和硅反应生成钛的硅化物。钛和二氧化硅没有反应，因此不会发生两种物质的化学结合或物理聚合。因此，钛无需额外的口罩，就可以很容易地从二氧化硅表面去除。钛的硅化物保持在所有活性硅的表面。(1)钛金属沉积：薄壁金属钛衬板位于本地互连通道的底部和侧壁。这层钛起到钨和二氧化硅之间的粘合剂作用。(2)氮化钛沉积：氮化钛立即在钛层表面起到金属钨的扩散屏障作用。(3)金属沉积钛阻挡层：在薄膜区域使用物理气相沉积装置，在整个硅表面沉积薄钛层。钛衬板位于通孔的底部和侧壁上。钛起到将钨限制为通孔的粘合剂作用。(4)可溶阳极和不可溶阳极：可溶阳极在电解过程中起到补充金属离子和导电性的作用，不可溶阳极仅作用于导电性。最早的不溶性阳极是石墨和铅系阳极在20世纪70年代开始将钛阳极作为新技术应用于电解及电镀行业。目前不溶性阳极可分为两个主要类别：氯发生阳极和氧发生阳极。氯阳极主要用于氯化物电解质系统，在电镀过程中，阳极被释放为氯，因此被称为氯阳极。氧阳极主要用于硫酸盐、硝酸盐、氢氰酸等电解质系统，在电镀过程中，阳极释放氧气，被称为氧阳极。铅合金阳极氧化铝、钛阳极根据表面的不同，催化涂层有氧发生、氯发生或两种效果。(5)氯碱工业钛阳极：烧碱用隔膜法生产，与石墨电极相比，石墨阳极的工作电压可能是17A/DM2涂层阳极的两倍。这样可以在相同的电解环境下加倍产品，产品质量高，氯气纯度高。(6)电镀用钛阳极：电镀用不溶性阳极在钛基板(网状、板状、带状、管等)上涂有电化学催化性能高的贵金属氧化物涂层，涂层中含有稳定性好的阀门金属氧化物。新型不溶性钛阳极具有高电化学催化能，氧发生电位比铅合金不溶性阳极低约0.5V，节能性好，稳定性好，无污染电镀浴轻便，更换方便。与白金镀金不溶性阳极相比，新的不溶性钛阳极的氧发生过纬度较低，但寿命为1倍以上。广泛用于多种电镀中，作为阳极或辅助阳极，可以替代普通的铅基合金阳极，在相同条件下降低槽电压，降低功耗。不溶性钛阳极在电镀过程中稳定性好，(化学，电化学)寿命长。这种阳极广泛应用于镀镍、镀铬、镀锌、镀铜等电镀有色金属行业。(10)以CMOS的nMOS形成过程为例，离子注入过程中使用的不同阶段的目的或作用是什么？回答：1.外延生长：外延层的目的是轻p型掺杂(硼)掺杂。晶片在到达扩散区之前已经有薄的外延层，外延层与基板具有完全相同的晶格结构，但纯度更高，晶格缺陷更少。2.原来氧化生长：是氧化层的主要作用保护表面的外延层不受污染防止注入中硅的过度损伤作为氧化物屏蔽层，有助于调节注入过程中杂质的注入深度一层面膜，n井注入：预处理硅片表面的粘合剂涂层，去除粘合剂，烘焙；此后，涂层硅片每次都被发送到对准和曝光系统，光刻机将特定面具的图形直接压印在应用胶的硅片上。暴露后，硅片返回粘合剂/显影器进行开发。显影后重新烘焙，移动到离子注入区域之前进行测试。4.n井注入(高能):压印的硅片来离子注入区。光刻胶图形复盖硅片的特定区域，并防止离子注入。未被光刻胶复盖的区域允许高能杂质阳离子穿透外延层的顶部表面(接头深度约1m)。现阶段混入的杂质是人。离子注入机是注入口的主要设备，分解杂质原子，快速获得高能(约200KeV)，选择最合适的元素注入，将离子焦点对准极窄的束，最后扫描，均匀地掺杂硅不受光刻保护的区域。退火的：在这里清洗硅片，然后放入退火炉。退火的作用是：由于暴露在硅表面的新阻隔氧化层的生长高温，杂质移动(扩散)到硅。注入引入的损伤，修复杂质原子和硅原子之间的共价键被激活，杂质原子成为晶格结构(电激活)的一部分。6.5层面膜，n-LDD注入：此阶段面膜阶段是压印硅片，以获得可注入n型晶体管的光致抗蚀图形。所有其他地区均受照片寄存器保护。7.n-LDD注入(低能量，浅接合):在未受光刻胶保护的区域中选择性注入砷离子。能量、容量和连接深度明显低于先前的n井注入阶段。选择砷而不选择磷的原因是砷的分子量更大，有利于硅表面的非晶化，在注入时能获得更均匀的掺杂深度。8.7层掩码，n源/泄漏注入：此阶段掩码操作是定义要注入的n型晶体管区域。9.n源/泄漏注入(中能量):在此阶段，中能量注入进入比LDD的接合深度更深的硅。由硅石组成的侧壁防止砷杂质侵入狭窄的通道区域。(11)等离子是现代集成电路工艺中必不可少的加工手段和材料，根据你的理解和掌握，详细说明等离子在集成电路工艺中的应用。15分回答：1.离子注入离子注入是将可调节数量的杂质引入硅衬底，改变电特性的方法。离子注入机在半导体工艺中最复杂的装置之一离子注入机内进行(见图7-4)。注入器包括离子源部分，在源材料中产生带正电荷的杂质离子。这里的离子源是产生等离子体的部分。电子轰击气体原子会在离子源中产生离子。电子通常是从热钨丝源生成自由曼离子源最常用的电子源之一。杆状阴极灯丝安装在有气体入口的电弧发射室内。电弧释放室的侧壁是阳极，当气体进入时，灯丝通过大电流，在阴极和阳极之间加上100v电压，灯丝周围就会产生等离子体。高能电子和气体分子碰撞时产生正离子。蚀刻工艺等离子干刻蚀系统的基本组成部分包括发生刻蚀反应的反应室、产生等离子体的射频电源、气体流量控制系统、蚀刻产物去除和真空系统。干式等离子反应器有其他类型：(1)桶等离子体反应器圆形反应器是在0.11土压力下具有几乎完全化学各向同性刻蚀的圆柱形。硅片垂直于石英艇，以小间隔安装。射频功率被添加到气缸两侧的电极上。通常，金属圆柱形蚀刻隧道将等离子体限制在蚀刻隧道和空腔墙之间的外部区域。硅片与电场平行放置，物理蚀刻最小化。等离子重量的蚀刻器扩散到蚀刻隧道内，等离子体的能带能量离子和电子没有进入这个区域。(2)平板反应器平板反应器有两个大小和位置对称的平行金属板，一个晶片背面放置在接地阴极上，RF信号添加到反应器顶部电极上。等离子体电位总是高于接地电位，因此是可以利用离子轰击的等离子体刻蚀模式。(3)下游蚀刻系统等离子体在约0.11托的压力下从一个独立的源产生，传递