集成电路基础

1、 简述两步扩散的含义与目的。两步扩散工艺：第一步称为预扩散，在较低的温度下，采用恒定表面源扩散方式在硅片表面扩散一层杂质原子，目的在于控制扩散杂质总量；第二步称为主扩散，将表面已沉积杂质的硅片在较高温度下扩散，以控制扩散深度和表面浓度。2、 扩散掺杂与离子注入掺杂所形成的杂质浓度分布各自的特点是什么？与扩散掺杂相比，离子注入掺杂的优势与缺点各是什么？扩散掺杂：杂质浓度将从表面到体内单调下降，而杂质分布主要是由温度与扩散时间来决定。离子注入掺杂：掺杂离子以离子束的形式注入半导体内，杂质浓度在半导体内有个峰值分布，杂质分布主要由离子质量和注入能量决定。离子注入掺杂的优势：相对于扩散工艺，离子注入的主要好处在于能更准确地控制掺杂原子数目、掺杂深度、横向扩散效应小和较低的工艺温度，较低的温度适合对化合物半导体进行掺杂，因为高温下化合物的组分可能发生变化，另外，较低的温度也使得二氧化硅、氮化硅、铝、光刻胶、多晶硅等都可以用作选择掺杂的掩蔽膜，热扩散方法的掩膜必须是耐高温材料。离子注入掺杂的缺点：主要副作用是离子碰撞引起的半导体晶格断裂或损伤。因此，后续的退化处理用来去除这些损伤。3、 简述离子注入工艺中退火的主要作用。（1） 激活被注入的离子（使其变成替位杂质）；（2） 恢复有序的晶格结构（如果是无定形结构，就谈不上替位杂质与间隙杂质），其目的是恢复迁移率（减少散射中心）和恢复寿命（减少缺陷能级，减少陷阱），必须在适当的时间与温度下将半导体退火。4、 简述沟道效应的含义，及其对离子注入可能造成的影响，如何避免？对晶体进行离子注入时，当离子注入的方向与与晶体的某个晶向平行时，一些离子将沿沟道运动，受到的核阻止作用很小，而且沟道中的电子密度很低。受到的电子阻止也很小，这些离子的能量损损失率很低，注入深度就会大于无定形衬底中深度，这种现象称为沟道效应。沟道效应的存在，使得离子注入的浓度很难精确控制，因为它会使离子注入的分布产生一个很长的拖尾，偏离预计的高斯分布规律。1、 覆盖一层非晶体的表面层、将硅晶片转向或在硅晶片表面制造一个损伤的表层。2、 将硅晶片偏离主平面5-10度，也能有防止离子进入沟道的效果。3、 先注入大量硅或错原子以破坏硅晶片表面，可在硅晶片表面产生一个随机层。5、 SiO2膜在IC器件中的有哪些应用？1、 用作选择性扩散的掩膜；2、 用作器件表面保护及钝化；3、 用作器件中的绝缘介质（隔离、绝缘栅、多层布线绝缘、电容介质）离子注入中用作掩蔽层及缓冲介质层等。6、简述干氧氧化与湿氧氧化各自的特点，通常用哪种工艺制备较厚的二氧化硅层?干氧氧化：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，生长速率非常慢。湿氧氧化：生长速率介于干02与水汽氧化之间；可由水温、炉温调节生长速率，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，表面存在羟基使其对光刻胶的粘附不好在实际生产中，对于制备较厚的二氧化硅层来说往往采用干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式7、 采用热氧化法制备二氧化硅层最容易引入哪种污染物，它会对MOS管造成何种影响，如何减少这种污染？最容易引入的污染物是NA+。Na+离子很容易进入Si02中，它不仅扩散系数大，而且迁移率大,最主要的影响是引起MOS晶体管的阈值电压不稳定。进入Si02的Na离子数量依赖于氧化过程中的清洁度，为了降低Na离子的污染，可以采取一些预防措施，包括：(1)使用含氯的氧化工艺，(2)用氯周期性地清洗管道'炉管'和相关的容器(3)采用超纯净的化学试剂,保证气体及气体传输过程的清洁.8、 与普通溅射法相比，磁控溅射的特点是什么？磁控溅射：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，增加了与气体原子发生碰撞的几率，在同样的电压和气压下可以提高气体电离的效率，提高了沉积速率.9、 说明APCVD,LPCVD,PECVD各自的含义及特点。含义：APCVD:常压化学气相沉积法LPCVD:低压化学气相沉积法PECVD:等离子体增强型化学气相沉积。特点：APCVD:制程发生在大气压力常压下,适合在开放环境下进行自动化连续生产；易于发生气相反应，沉积速率较快,适合沉积厚介质层；但由于反应速度较快，两种反应气体在还未到达硅片表面就已经发生化学反应而产生生成物颗粒，这些生成物颗粒落在硅片表面，影响硅片表面的薄膜生长过程，比较容易形成粗粗糙的多孔薄膜，使得薄膜的形貌变差。LPCVD:低气压(133.3Pa)下的CVD，较长的平均自由路径可减少气相成核几率，减少颗粒，不需气体隔离，成膜均匀性好，晶圆垂直装载和提高生产力，但是反应速率较彳氐需要较高的衬底温度。PECVD:低温下有高的沉积速率，射频在沉积气体中感应等离子体场，表面所吸附的原子不断受到离子与电子的轰击，容易迁移，使成膜均匀性好,台阶覆盖性好，射频控制沉积薄膜的应力，反应室可用等离子体清洗.10、 CVD工艺中主要有哪两种硅源?各自的性质与特点是什么？CVD工艺中主要有硅烷，四乙氧基硅烷。硅烷：硅烷分子是完全对称的四面体，不会形成化学吸附或物理吸附。硅烷高温分解或等离子体分解的分子碎片，SiH3,SiH2,orSiH,很容易与基片表面形成化学键，黏附系数大，表面迁移率低，通常会产生悬突和很差的阶梯覆盖。四乙氧基硅烷：也称正硅酸四乙酯，大型有机分子，室温下为液态，化学性能不活泼，安全，TEOS分子不是完整对称的，可以与表面形成氢键并物理吸附在基片表面，表面迁移率高，好的阶梯覆盖、保形性与间隙填充。11、 IC工艺中常用的间隙填充方法有哪些?简述各种方法的原理。间隙填充方法：沉积/蚀刻/沉积：硅烷和臭氧-四乙氧基硅烷氧化物薄膜。保形性沉积：O3-四乙氧基硅烷和钨CVD。高密度等离子体CVD。原理：沉积/蚀刻/沉积：先沉积一层SiO2膜，然后在沉积的间隙处进行蚀刻成一个V字型，最后再进行间隙填充。保形性沉积：利用保形覆盖的方法在表面沉积相同厚度的薄膜。高密度等离子体CVD:利用重度的离子轰击，通常保持间隙开口倾斜，而且沉积是由下而上沉积。12、 多层互联线间的绝缘层通常是哪种介质，选择这种介质的依据是什么？能否用热氧化法或高温CVD工艺制备此介质？通常使用的介质有：以硅烷为源的CVDSiO2，用TEOS通过PECVD得到的SiO2，PECVD得到的氮化硅，SOG，HDP-CVDSiO2，低K介质。依据：1.低介电常数；2.高击穿电压；3.低泄露电流；4.低表面电导；5.不会吸湿；6.低的薄膜导致的应力；7.与铝膜附着性好；8.与上下介质层附着性要好；9.温度承受能力在500度以上；10.易刻蚀；11.允许氢气氛围下加工没有电荷或电偶极矩的聚集区；12.没有金属离子；13.好的台阶覆盖且不形成凹角；14.厚度均匀性好；15.掺杂均匀性好；16.低缺陷密度；17.无挥发性残余物存在。不能。因为：1.热氧化法必须在硅表面才能形成二氧化硅，多层互联线间很少有这样的硅表面。多层互联线所用的金属材料大多不能承受过高的温度。13、画图说明IC工艺中的接触孔或通孔的金属化系统。CVD钨方法如图，通过沉积钨薄膜，进行回刻除去多余的钨，可以实现对垂直通孔很好的填充。为了增加钨与下层金属的附着能力，通常在CVD淀积钨之前还需要生长一层TiN或TiW作附着层，在回刻完成以后，为了避免钨与铝直接接触，还需要生长一层阻挡层，通常使用TiN。两步法高温溅射铝，利用铝在高温下具有较高的表面迁移率，可以有很好的台阶覆盖能力的特性，实现对垂直通孔的完全填充，一般先在较低温度下溅射生长一层纯铝，然后在较高温度下溅射生长Al，Cu；第一层覆盖通孔的侧壁和底部，并作为第二层的种子层，第二层实现对通孔的完全填充。14、简要说明IC制造中的平坦化工艺的作用是什么?主要有哪些方式?并解释各种方式的具体内容。作用：把成膜后的凹凸不平之处进行抛光研磨，使其局部或者全局平坦化。方式：1.ECMP（电化学机械研磨）：首先用电能使Cu氧化，再用络合剂使之生成Cu的络合物，最终研磨掉Cu络合物。ECP（电解研磨）：利用电镀的逆反应，从电场集中之处开始蚀刻，可获得平滑的研磨加工表面，但是它能刻蚀平坦的区域只限于突起部分。CE（化学蚀刻）：它是把Si的各向异性刻蚀用湿法刻蚀法实现的，把圆片一面旋转一面加工，则产生各向异性，体现出平坦化能力。15、 光刻工艺的主要流程有哪几步？什么是光刻工艺的分辨率？从物理角度看，限制分辨率的因素是什么？流程：涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，刻蚀，去胶。分辨率：能精确转移到晶片表面抗蚀剂膜上图案的最小尺寸从量子物理角度看，限制分辨率的的因素是衍射16、 氮化硅的主要特点是什么？IC工艺中有那些地方用到它？那为什么不使用氮化