微电子工艺介绍

微电子工艺引论硅片、芯片的概念硅片：制造电子器件的根本半导体材料硅的圆形单晶薄片芯片：由硅片生产的半导体产品*什么是微电子工艺技术？微电子工艺技术主要包括哪些技术？微电子工艺技术：在半导体材料芯片上承受微米级加工工艺制造微小型化电子元器件和微型化电路技术主要包括：超精细加工技术、薄膜生长和掌握技术、高密度组装技术、过程检测和过程掌握技术等集成电路制造涉及的五个大的制造阶段的内容硅片制备：将硅从沙中提炼并纯化、经过特别工艺产生适当直径的硅锭、将硅锭切割成用于制造芯片的薄硅片芯片制造：硅片经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤，一整套集成电路永久刻蚀在硅片上芯片测试/拣选：对单个芯片进展探测和电学测试，选择出可承受和不行承受的芯片、为有缺陷的芯片做标记、通过测试的芯片将连续进展以后的步骤抽空形成装配包、将芯片密封在塑料或陶瓷壳内终测：为确保芯片的功能，对每一个被封装的集成电路进展电学和环境特性参数的测试IC工艺前工序、IC工艺后工序、以及IC工艺关心工序IC〕淀积(如溅射、蒸发)等掺杂技术：主要包括集中和离子注入等技术图形转换技术：主要包括光刻、刻蚀等技术IC工艺后工序：划片、封装、测试、老化、筛选IC工艺关心工序：超净厂房技术超纯水、高纯气体制备技术光刻掩膜版制备技术材料预备技术微芯片技术进展的主要趋势提高芯片性能〔速度、功耗、提高芯片牢靠性〔低失效、降低芯片本钱〔减小特征尺寸，增加硅片面积，制造规模〕什么是关键尺寸〔CD〕？芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，特别是硅片上的最小特征尺寸，也称为关键尺寸或CD半导体材料本征半导体和非本征半导体的区分是什么？本征半导体：不含任何杂质的纯洁半导体，其纯度在99.999999%〔8~10个9〕为何硅被选为最主要的半导体材料？硅的丰裕度——制造本钱低熔点高(1412OC)——更宽的工艺限度和工作温度范围SiO2的自然生成GaAs相对Si的优点和缺点是什么？优点：比硅更高的电子迁移率，高频微波信号响应好——无线和高速数字通信抗辐射力量强——军事和空间应用电阻率大——器件隔离简洁实现主要缺点：没有稳定的起钝化保护作用的自然氧化层晶体缺陷比硅高几个数量级本钱高圆片的制备两种根本的单晶硅生长方法。直拉法〔CZ法、区熔法晶体缺陷依据维数可分为哪四种？点缺陷—空位、自填隙等线缺陷—位错面缺陷—层错体缺陷*画出圆片制备的根本工艺步骤流程图，并绘出其中任意三个步骤的主要作用。沾污掌握净化间污染分类颗粒、金属杂质、有机物沾污、自然氧化层、静电释放ES半导体制造中，可以承受的颗粒尺寸粗略法则必需小于最小器件特征尺寸的一半。金属污染的主要来源:离子注入、学品与传输管道反响、学品与容器反应*超净服的目标：对身体产生的颗粒和浮质的总体抑制超净服系统颗粒零释放对ESD的零静电积存无化学和生物剩余物的释放什么是可动离子污染？如钠，就是最常见的可移动离子沾污物，而且移动性最强静电释放的概念及带来的问题概念：静电释放也是一种形式的沾污，由于它是静电荷从一个物体向另一个物体未经掌握地转移，可能损坏芯片〕发生在几个纳秒内的静电释放能产生超过1A蒸发金属导线和穿透氧化层击穿栅氧化层的诱因吸附颗粒到硅片外表颗粒越小，静电的吸引作用就越明显器件特征尺寸的缩小，更需要严格掌握硅片放电芯片生产厂房的七种污染源空气、厂房、水、工艺用化学品、工艺气体、生产设备芯片外表的颗粒数与工艺步骤数之间的关系图。硅片清洗目标：去除全部外表沾污〔颗粒、有机物、金属、自然氧化层〕工艺腔内的气体掌握工艺用气体通常分为哪两类？通用气体：氧气(O2)、氮气(N2)、氢气(H2)、氦气(He)和氩气(Ar)，纯度要掌握在79〔99.99999%〕以上49〔99.99%〕以上常见的初级泵和高级泵。常见的两种初级泵：干性机械泵增压/调压泵：可处理大量气体而不需要润滑剂，增压器通常被称为罗茨增压泵常见的两种高真空泵：加速分子泵〔涡轮泵：是一种多用途、牢靠的干净泵，运作机理是机械化的压缩冷凝泵：是一种俘获式泵，它通过使气体分散并俘获在泵中的方式去除工艺腔体中的气体质量流量计〔MFC〕的概念利用气体的热传输特性，直接测量进入腔体的质量流量比率，来掌握进入腔体的气流残气分析器〔RGA〕最常见的用途和根本构成。用途：a)用来检验残留在已清空系统中的气体分子的类型检漏工艺中的故障查询根本构成：氧化氧化物的两种产生方式热氧化生长、淀积氧化层在芯片制备中有哪几方面的应用？保护器件免受划伤和隔离污染限制带电载流子场区隔离〔外表钝化〕栅氧或储存器单元构造中的介质材料掺杂中的注入掩蔽金属导电层间的介质层外表钝化的概念SiO2可以通过束缚Si的悬挂键，从而降低它的外表态密度，这种效果称为外表钝化；能防止电性能退化，并削减由潮湿、离子或其他外部污染物引起的漏电流的通路关于氧化的两种化学发应干氧氧化 Si〔固〕+O2〔气〕 SiO2〔固〕湿氧氧化 Si〔固〕+2H2O〔水汽〕 SiO2〔固〕+2H2〔气〕*氧化物生长的两个阶段及生长厚度的公式：线性阶段氧化物生长厚度 X=(B/A)t抛物线阶段 X=(Bt)1/2注：X:氧化物生长厚度 B/A:为线性速率系数，温度上升系数增大B：抛物线速率系数 t：为生长时间用于热工艺的三种根本设备卧式炉、立式炉、快速热处理〔RTP〕硅的局部氧化〔LOCOS〕剖面图掺杂掺杂的两种方法热集中：利用高温驱动杂质穿过硅的晶格构造。这种方法受到时间和温度的影响离子注入：通过高压离子轰击把杂质引入硅片现代晶片制造中几乎全部掺杂工艺都是使用离子注入列举半导体制造中常用的四种杂质，并说明是n型还是p型集中发生需要的两个必要条件浓度差过程所必需得能量热集中的三个步骤，以及它们的作用(1)预淀积：a) 为整个集中过程建立浓度梯度b) 800~10000C(2)推动：a)将由预淀积引入的杂质作为集中源，在高温下进展集中。目的是为了掌握外表浓度和集中深度b)1000~12500C(3)激活：稍为上升炉温，使杂质原子与晶格中的硅原子键合*离子注入的优缺点优点：准确掌握杂质含量、很好的杂质均匀性、对杂质穿透深度有很好的掌握、产生单一离子束、低温工艺、注入的离子能穿过薄膜、无固溶度极限缺点：a)高能杂质离子轰击硅原子将对晶体构造产生损伤〔可用高温退火进展修复〕b)注入设备的简单性〔这一缺点被注入机对剂量和深度的掌握力量及整体工艺的敏捷性弥补〕重要的离子注入参数剂量、射程剂量和能量的公式剂量的计算公式：Q=(It)/(enA) I为束流，单位是库仑每秒〔安培〕t为注入时间，单位是秒e1.6x10-19库仑A是注入面积，单位是cm2描述能量的公式为：KE=nV KE为能量，单位是电子伏特〔eV〕n为离子电荷V为电势差，单位是伏特离子注入设备的五个主要子系统离子源：从气态或固态杂质中产生正离子引出电极〔吸极--离子源中产生的全部正离子，并使它们形成离子束，子分析器--将需要的杂质离子从混合的离子束中分别出来加速管：为了获得更高的速度，正离子还要在加速管中的电场下进展加速扫描系统：聚束离子束通常很小，必需通过扫描掩盖整个硅片，扫描的方式有两种固定硅片，移动束斑——中低电流注入固定束斑，移动硅片——大电流注入工艺室：离子束向硅片的注入发生在工艺腔中，包括扫描系统、具有真空锁的装卸硅片的终端台、硅片传输系统和计算机掌握系统退火的目的是什么？高温退火和RTA哪个更优越？退火的目的：退火能够加热被注入硅片，修复晶格缺陷；还能使杂质原子移动到晶格点，将其激活800~100030分钟在此温度下，硅原子重移回晶格位置，杂质原子也能替代硅原子位置进入晶格此方法可能会导致杂质的集中快速热退火〔RT：用极快的升温顺在目标温度〔一般是1000℃〕短暂的持续时间对硅片进展处理快速的升温过程和短暂的持续时间能够在晶格缺陷的修复间取得优化描述沟道效应，掌握沟道效应的四种方法沟道效应：当注入离子未与硅原子碰撞减速，而是穿透了晶格间隙时，就发生了沟道效应注入过程中有4种方法掌握沟道效应：* 倾斜硅片 * 掩蔽氧化层* 硅预非晶化* 使用质量较大的原子列举十个使用离子注入的掺在工艺〔1〕深埋层〔2〕倒掺杂阱〔3〕穿通阻挡层〔4〕阈值电压调整〔5〕轻掺杂漏区〔LDD〕源漏注入〔7〕多晶硅栅〔8〕沟槽电容器〔9〕超浅结〔10〕绝缘体上硅〔SOI〕光刻光刻的概念及本质：光刻指的是将图形转移到一个平面的任一复制过程光刻的本质是把临时电路构造复制到以后要进展刻蚀和离子注入的硅片上在主流微电子制造过程中，光刻是最简单、最昂贵和最关键的工艺*光刻工艺的八个根本步骤：气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜烘焙、显影检查光刻胶的概念及目的：概念：一种有机化合物，受紫外光曝光后，在显影液中的溶解度会发生变化目的：〔1〕将掩模幅员案转移到硅片外表顶层的光刻胶中〔2〕在后续工艺中，保护光刻胶下面的材料〔如刻蚀或离子注入的阻挡层〕光刻胶显影参数：显影温度、显影时间、显影液量、当量浓度、清洗、排风、硅片吸盘*正胶和负胶显影效果：正性光刻胶：曝光区域溶解于显影液，显影后图形与掩模幅员形一样负性光刻胶：曝光区域不溶解于显影液，显影后图形与掩模幅员形相反常用于光学光刻的两种紫外光源汞灯、准分子激光反射切口、驻波的概念、抗反射涂层的作用反射切口：在刻蚀形成的垂直侧墙外表，反射光入射到不需要曝光的光刻胶中就会形成反射切口驻波：入射光与反射光放射干预引起；引起随光刻胶厚度变化的不均匀曝光抗反射涂层：减小光反射和阻挡光干预；20~200nm*区分率的概念以及计算概念：区分率是将硅片上两个邻近的特征图形区分开来的力量是光刻中一个重要的性能指标计算从早期硅片制造以来的光刻设备可分为哪五代？列举任意两种的优缺点接触式光刻机 优点：图像失真小，图形区分率高缺点：依靠人为操作、简洁沾污接近式光刻机 优点：掩模版不与光刻胶直接接触，大大减小了沾污缺点：紫外光线通过空气时发散，减小了区分率扫描投影光刻机分步重复光刻机步进扫描光刻机可以成功代替光学光刻技术的四种光刻技术〔1〕极紫外〔EUV〕光刻技术角度限制投影电子束光刻技术〔SCALPEL〕离子束投影光刻技术〔IPL〕〔4〕X刻蚀刻蚀的概念及其根本目的概念：用化学或物理方法有选择地从硅片外表去除不需要的材料的过程根本目的：在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形两种根本的刻蚀工艺干法刻蚀：干法刻蚀是用等离子体去除硅片外表材料，物理过程、化学过程反响的混合湿法腐蚀：用液体化学试剂去除硅片外表材料等离子体的概念一种中性、高能量、离子化的气体，包含中性原子或分子、带电离子和自由电子选择比的概念同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料相比刻蚀速率快多少，定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比面掌握是必需的，关键尺寸越小，选择比要求越高*负载和微负载效应的概念负载效应：要刻蚀硅片外表的大面积区域，则会耗尽刻蚀剂浓度使刻蚀速率慢下来；假设刻蚀的面积比较小，则刻蚀会快些微负载效应：深宽比相关刻蚀〔ARDE〕——具有高深宽比硅槽的刻蚀速率要比具有低深宽比硅槽的刻蚀速率慢干法刻蚀的应用介质——氧化物和氮化硅硅——多晶硅栅和单晶硅槽金属——铝和钨湿法腐蚀相比干法刻蚀的优点〔1〕对材料具有高的选择比〔2〕不会对器件带来等离子体损伤〔3〕设备简洁淀积淀积膜的过程的三种不同阶段晶核形成，成束的稳定小晶核形成聚拢成束，也称为岛生长形成连续的膜化学气相淀积〔CVD〕的概念，有哪五种根本化学反响高温分解：通常在无氧的条件下，通过加热化合物分解光分解：利用辐射使化合物的化学键断裂分解复原反响：反响物分子和氢发生的反响氧化反响：反响物原子或分子和氧发生的反响氧化复原反响：复原反响和氧化反响的组合，反响后形成两种的化合物CVD中质量传输限制和外表反响掌握限制的概念质量传输限制CVD反响的速率不行能超过反响气体传输到硅片上的速率无论温度如何，假设传输到硅片外表加速反响的反响气体的量都缺乏。在此状况下，CVD工艺通常是受质量传输所限制的外表反响掌握限制在更低的反响温度和压力下，驱动外表反响的能量更小，外表反响速度会降低反响物到达外表的速度将超过外表化学反响的速度这种状况下，淀积速度是受化学反响速度限制的*APCVD、TEOS-O3方法淀积SiO2的反响方程式Si(C2H5O4)+8O3——>SiO2+10H2O+8CO2用PECVD制备SiO2反响方程式LPCVD淀积多晶硅的化学反响方程式PECVD淀积氮化硅的化学反响方程式HPCVD工艺的五个步骤离子诱导淀积：指离子被托出等离子体并淀积形成间隙填充的现象溅射刻蚀：具有肯定能量的Ar和由于硅片偏置被吸引到薄膜的反响离子轰击外表并刻蚀原子再次淀积：原子从间隙的底部被剥离，通常会再次淀积到侧壁上热中性CVD：这对热能驱动的一些淀积反响有很小的奉献；反射：离子反射出侧壁，然后淀积，是另一种奉献〔1〕外延的概念在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层外延为器件设计者在优化器件性能方面供给了很大的敏捷性外延层可以削减CMOS器件中的闩锁效应同质外延：生长的膜和衬底的材料一样异质外延：生长的膜和衬底的材料不同〔2〕IC制造中一般承受的三种外延方法1、气相外延VP：常用的硅外延方法，属于CVD范畴2、金属有机CV〔MOCVk绝缘介质3、分子束外延MB：用来淀积GaAs格掌握外延层厚度和掺杂的均匀性*介质材料的三个主要用途，其中哪个的进展趋势是高K，哪个是低K？层间介质IL、栅氧化层、器件隔离层间介质的进展趋势是低k材料*随着特征尺寸的减小，门延迟与互连延迟分别怎么变化金属化金属化、互连、接触、