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半导体工艺期末复习针对性总结第一部分：论述题1、集成电路的工艺集成：晶体生长（外延）、薄膜氧化、气相沉积、光刻、扩散、离子注入、刻蚀以及金属化等。
☆2、工艺目的：①形成薄膜：化学反应，PVD，CVD，旋涂，电镀；②光刻：实现图形的过渡转移；③刻蚀：最后的图形转移；④改变薄膜：注入，扩散，退火；3、单晶硅制备的方法：直拉法、磁控直拉技术、悬浮区熔法（FZ）。
☆4、直拉法的关键步骤以及优缺点（1）关键步骤：熔硅、引晶、收颈、放肩、等径生长、收晶。
熔硅：将坩埚内多晶料全部熔化；引晶：先预热籽晶达到结晶温度后引出结晶；收颈：排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸；放肩：略降低温度（15-42℃），让晶体逐渐长到所需的直接为止；等径生长：提高拉速收肩，收肩后保持晶体直径不变，就是等径生长；收晶：拉速不变、升高熔体温度或熔体温度不变、加速拉速，使晶体脱离熔体液面。
（2）优点：①所生长单晶的直径较大，成本相对较低；②通过热场调整及晶体转速、坩埚转速等工艺参数的优化，可较好控制电阻率径向均匀性。
（3）缺点：石英坩埚内壁被熔硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响，易引入氧、碳等杂质，不易生长高电阻率的单晶。
5、磁控直拉技术的优点：①减少温度波动；②减轻熔硅与坩埚作用；③降低了缺陷密度，氧的含量；④使扩散层厚度增大；⑤提高了电阻分布的均匀性。
6、悬浮区熔法制备单晶体：特点：①不需要坩埚，污染少；②制备的单晶硅杂质浓度比直拉法更低；③主要用于需要高电阻率材料的器件。
缺点：单晶直径不及CZ法☆7、晶体生长产生的缺陷种类及影响种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷；影响：点缺陷…… 影响杂质的扩散运动；线缺陷…… 金属杂质容易在线缺陷处析出，劣化器件性能；面缺陷…… 不能用于制作集成电路；体缺陷…… 不能用于制作集成电路。
8、外延生长①常用的外延技术：化学气相淀积（CVD）、分子束外延（MBE）。
②化学气相淀积：通过气体化合物间的化学作用而形成外延的工艺；分类：常压（APCVD）、低压（LPCVD）；③分子束外延：在超高真空下（约10−8Pa），一个或多个热原子或热分子束在晶体表面反应的外延技术；优点：（1）MBE能够非常精准地控制化学组成和掺杂浓度粉分布；（2）能够制作厚度只有原子层量级的单晶多层结构。
1.氧化（炉）（Oxidation）对硅半导体而言，只要在高于或等于1050℃的炉管中，如图2-3所示，通入氧气或水汽，自然可以将硅晶的表面予以氧化，生长所谓干氧层(dryz/gate oxide)或湿氧层(wet /field oxide)，当作电子组件电性绝缘或制程掩膜之用。
氧化是半导体制程中，最干净、单纯的一种；这也是硅晶材料能够取得优势的特性之一（他种半导体，如砷化镓 GaAs，便无法用此法成长绝缘层，因为在550℃左右，砷化镓已解离释放出砷）硅氧化层耐得住850℃ ~ 1050℃的后续制程环境，系因为该氧化层是在前述更高的温度成长；不过每生长出1 微米厚的氧化层，硅晶表面也要消耗掉0.44微米的厚度。
以下是氧化制程的一些要点：（1）氧化层的成长速率不是一直维持恒定的趋势，制程时间与成长厚度之重复性是较为重要之考量。
（2）后长的氧化层会穿透先前长的氧化层而堆积于上；换言之，氧化所需之氧或水汽，势必也要穿透先前成长的氧化层到硅质层。
故要生长更厚的氧化层，遇到的阻碍也越大。
一般而言，很少成长2微米以上之氧化层。
（3）干氧层主要用于制作金氧半（MOS）晶体管的载子信道（channel）；而湿氧层则用于其它较不严格讲究的电性阻绝或制程罩幕（masking）。
前者厚度远小于后者，1000~ 1500埃已然足够。
（4）对不同晶面走向的晶圆而言，氧化速率有异：通常在相同成长温度、条件、及时间下，{111}厚度≥{110}厚度＞{100}厚度。
（5）导电性佳的硅晶氧化速率较快。
（6）适度加入氯化氢（HCl）氧化层质地较佳；但因容易腐蚀管路，已渐少用。
（7）氧化层厚度的量测，可分破坏性与非破坏性两类。
破坏性量测是在光阻定义阻绝下，泡入缓冲过的氢氟酸（BOE，Buffered Oxide Etch，系 HF与NH4F以1：6的比例混合而成的腐蚀剂）将显露出来的氧化层去除，露出不沾水的硅晶表面，然后去掉光阻，利用表面深浅量测仪，得到有无氧化层之高度差，即其厚度。
★第一章半导体：常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，如二极管、计算机、移动电话等。
导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。
N型半导体（电子型半导体）P型半导体（空穴型半导体）直拉法(CZ)特点：低功率IC的主要原料,占有～80％的市场,制备成本较低,硅片含氧量高影响因素：拉伸速率、旋转速率。
区熔法（FZ）特点：硅片含氧量低、纯度高、成本高、主要用于高功率IC。
难生长大直径硅晶棒。
低阻值硅晶棒、掺杂均匀度较差。
CZ法：成本低、可做大尺寸晶锭、材料可重复使用,更受欢迎FZ法：纯度高、成本高、小尺寸晶锭,主要用在功率器件CZ工艺工程：籽晶熔接，引晶和缩颈，放肩，收尾。
硅片制备步骤：机械加工，化学处理，表面抛光，质量测量硅片制作流程:单晶生长-切断-外径磨削-平边或V槽磨销-切片-磨圆边-研磨-刻蚀-抛光-清洗-品质检测-包装制备流程：整形处理（硅片定位边或定位槽），去掉两端，径向研磨，切片，磨片和倒角（防止产生缺陷），刻蚀（去除沾污和损伤层）腐蚀液：HNO3+HF+醋酸，抛光（去除表面缺陷），清洗（去除残留沾污），包装晶体缺陷(微缺陷)是指任何妨碍单位晶胞在晶体中重复性地出现。
点缺陷（空位缺陷；间隙原子缺陷；Frenkel缺陷）；位错；层错。
杂质的作用：调节硅原子的能级。
施主能级杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的；受主能级要么距离价带很近（如硼），是接受电子的。
★第二章扩散：在一定温度下杂质原子具有一定能量，能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。
形式：替代式扩散和间隙式扩散，恒定表面浓度扩散和再分布扩散两步扩散工艺：第一步采用恒定表面源扩散的方式，如同淀积在表面，通常称为“预淀积”。
第二步是有限表面源扩散，常称为“再分布”。
扩散方式：气态源，液态源，固态源扩散工艺主要参数：1.结深：结距扩散表面的距离叫结深。
2.薄层电阻Rs（方块电阻）。
3.表面浓度：扩散层表面的杂质浓度。
一、填空题（每空1分，计31分）1、工艺上用于四氯化硅的提纯方法有 吸附法 和 精馏法 。
2、在晶片表面图形形成过程中，一般通过腐蚀的方法将抗蚀膜图形转移到晶片上，腐蚀的方法有 湿法腐蚀 和 干法腐蚀 。
3、直拉法制备单晶硅的过程是：清洁处理——装炉——加热融化——拉晶，其中拉晶是最主要的工序，拉晶包括 下种 、 缩颈 、放肩、 等径生长 和收尾拉光等过程。
3、抛光是晶片表面主要的精细加工过程，抛光的主要方式有 化学抛光 、 机械抛光 和 化学机械抛光 。
4、掺杂技术包括有 热扩散 、 离子注入 、合金和中子嬗变等多种方法。
5、晶片中的锂、钠、钾等碱金属杂质，通常以 间隙式 （空位式或间隙式）扩散方式在晶片内部扩散，并且这类杂质通常称为 快扩散 （快扩散或慢扩散）杂质。
6、在有限表面源扩散中，其扩散后的杂质浓度分布函数符合 高斯分布函数 ； 而在恒定表面源扩散中，其扩散后的杂质浓度分布函数符合 余误差分布函数 。
7、在离子注入法的掺杂过程中，注入离子在非晶靶中的浓度分布函数满足对称的高斯分布，其浓度最大位于 R P 处。
8、在离子注入后，通常采用退火措施，可以消除由注入所产生的晶格损伤，常用的退火方式有 电子束退火 、 离子束退火 、 激光退火 。
9、根据分凝现象，若K 0＞1，则分凝后杂质集中在 尾部 （头部或尾部）；若K 0＜1，则杂质分凝后集中在 头部 （同上）。
10、把硅片置于氯化氢和氧气的混合气体中进行的氧化，称为 掺氯氧化 。
11、在二氧化硅的热氧化方法中，氧化速度最快的是 干氧氧化 方法。
12、氢氧合成氧化设备中，两个重要的保险装置是 氢气流量保险装置 和 温度保险装置 。
13、工艺中常用的测量二氧化硅厚度的方法有 比色法 和 椭圆偏振光法 。
14、固态源硼扩散中常用的硼源是 氮化硼 ，常用的液态磷源是 三氯氧磷 。
15、箱法扩散在工艺中重要用来进行TTL 电路 隐埋层 的锑扩散。
填空20’ 简答20’ 判断10’ 综合50’第一单元1.一定温度，杂质在晶体中具有最大平衡浓度，这一平衡浓度就称为什么？固溶度2.按制备时有无使用坩埚分为两类，有坩埚分为？无坩埚分为？（P24）有坩埚：直拉法、磁控直拉法无坩埚：悬浮区熔法3.外延工艺按方法可分为哪些？（P37）气相外延、液相外延、固相外延和分子束外延4.Wafer的中文含义是什么？目前常用的材料有哪两种？晶圆；硅和锗5.自掺杂效应与互扩散效应（P47-48）左图：自掺杂效应是指高温外延时，高掺杂衬底的杂质反扩散进入气相边界层，又从边界层扩散掺入外延层的现象。
自掺杂效应是气相外延的本征效应，不可能完全避免。
自掺杂效应的影响：○1改变外延层和衬底杂质浓度及分布○2对p/n或n/p硅外延，改变pn结位置右图：互（外）扩散效应：指高温外延时，衬底中的杂质与外延层中的杂质互相扩散，引起衬底与外延层界面附近的杂质浓度缓慢变化的现象。
不是本征效应，是杂质的固相扩散带来（低温减小、消失）6.什么是外延层？为什么在硅片上使用外延层？1)在某种情况下，需要硅片有非常纯的与衬底有相同晶体结构的硅表面，还要保持对杂质类型和浓度的控制，通过外延技术在硅表面沉积一个新的满足上述要求的晶体膜层，该膜层称为外延层。
2)在硅片上使用外延层的原因是外延层在优化pn 结的击穿电压的同时降低了集电极电阻，在适中的电流强度下提高了器件速度。
外延在CMOS 集成电路中变得重要起来，因为随着器件尺寸不断缩小它将闩锁效应降到最低。
外延层通常是没有玷污的。
7.常用的半导体材料为何选择硅？1）硅的丰裕度。
硅是地球上第二丰富的元素，占地壳成分的25%；经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本。
2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限。
硅 1412℃>锗 937℃。
3）更宽的工作温度。
用硅制造的半导体件可以用于比锗 更宽的温度范围，增加了半导体的应用范围和可靠性。
CK0712半导体工艺技术复习指导考试时间：11月23日（13周周一）下午2:30-5:00, 东九楼B403考试范围：《半导体制造基础》、讲义、作业题考试题型：名词解释、选择、简答、问答考试请携带：钢笔或圆珠笔、铅笔、尺、计算器、橡皮几点注意：1.重点掌握各章节的器件或工艺原理2.公式需记忆，但不超过作业题的范围；以下为复习要点：★首先，各章布置的习题要会做，所有习题都是考试范围。
第一章绪论1.简单叙述微电子学对人类社会的作用2.解释微电子学、集成电路的概念3.列举出你见到的、想到的不同类型的集成电路及其主要作用第二章半导体及其基本特性1.半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体2.载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、过剩载流子3.能带、导带、价带、禁带4.掺杂、正掺杂、负掺杂、施主、受主5.输运、漂移、扩散、产生、复合第三章半导体器件1.描述二极管的工作机理2.描述双极晶体管的工作机理3.描述MOSFET的工作原理第四章集成电路制造工艺概述1. 集成电路工艺主要分为哪几大类，每一类中包括哪些主要工艺，并简述各工艺的主要作用第五章晶体生长1.简述晶圆制造过程。
2.简述CZ（直拉法）生长单晶硅的过程。
3.简述悬浮区熔法（区熔法)的原理4.晶圆切割时的主标志面和次标志面指什么，有何作用？5.识别晶圆标志面。
第六章硅氧化1.硅热氧化的基本模型2.生长氧化层的两个阶段：线性阶段和抛物线阶段3.叙述干氧氧化和湿氧氧化的工艺过程和优缺点。
4.氧化层厚度表征方法第七章光刻1.光刻刻蚀光刻胶（光致抗蚀剂）正光刻胶负光刻胶反应离子刻蚀2.超净间分级3.光刻的最小线宽（临界尺寸）、分辨率、聚焦深度等主要参数的含义与计算4.掩膜材料及制作方法。
5.光刻胶（光致抗蚀剂）的主要成分及它们的作用。
6.描述正性和负性光刻胶在曝光过程中的变化。
7.遮蔽式曝光、接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光8.紫外光谱的大致范围是？紫外光曝光光源的种类。
工艺考试复习：整理者（butterflying 2011‐1‐11） 1.在半导体技术发展的过程中有哪些重要事件?（一般）晶体管的诞生集成电路的发明平面工艺的发明CMOS技术的发明2.为什么硅是半导体占主导的材料？有哪些硅基薄膜？（一般）硅材料：优良的半导体特性、稳定的电的、化学的、物理的及机械的性能（特性稳定的金刚石晶体结构、良好的传导特性、优异的工艺加工能力、研究最透彻的材料、具有一系列的硅基化合物）（总结：半导体性、电、物理、化学、机械性）硅基薄膜：外延硅薄膜、多晶硅薄膜、无定形硅薄膜、SiO2与Si3N4介质膜、SiGe薄膜、金属多晶硅膜3. 微电子技术发展基本规律是什么？（重要）摩尔定律（Moore’s Law）：芯片内的晶体管数量每18个月～20个月增加1倍――集成电路的集成度每隔三年翻两番，器件尺寸每三年增加0.7倍，半导体技术和工业呈指数级增长。
特征尺寸缩小因子，250→180→130→90→65→45→32→22→16(nm)等比例缩小比率（Scaling down principle）：在MOS器件内部恒定电场的前提下，器件的横向尺寸、纵向尺寸、电源电压都按照相同的比例因子k缩小，从而使得电路集成度k2倍提高，速度k倍提高，功耗k2倍缩小。
MOS管阻抗不变，但连线电阻和线电流密度都呈k倍增长。
（阈值电压不能缩得太小，电源电压要保持长期稳定）（总结：尺寸、电源电压变为1/k，集成度变为k^2.速度变为k倍。
（掺杂浓度变为k倍）Device miniaturization by “ Scaling‐down Principle”¾Device geometry‐L g, W g, t ox, x j→× 1/k¾Power supply‐V dd→×1/k¾Substrate doping‐N→× k⇒Device speed →× k⇒ Chip density→× k24. 什么是ITRS ?（重要）International Technology Roadmap for Semiconductors国际半导体技术发展蓝图技术节点：DRAM半间距Technology node = DRAM half pitch5. 芯片制造的主要材料和技术是什么？（一般）Si材料：大直径和低缺陷的单晶硅生长、吸杂工艺、薄膜的外延生长、 SiGe/Si异质结、SOI 介质薄膜材料和工艺：热氧化、超薄高K栅氧化薄膜生长、互连的低K介质；高分辨率光刻：电子束掩膜版、光学光刻（电子束曝光EBL）、匹配光刻。
1.CZ直拉法：把熔融硅沿着垂直方向拉直单晶硅的基本技术称为直拉法2．硅的区熔（float-zone）法：是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。
调节温度使溶区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料生成一根单晶，晶向与籽晶的相同3.分凝系数：晶体是从熔融液中拉出来的，混合在单晶中的掺杂浓度和在固体—液体界面处的液体是不同的。
此两种状态下掺杂浓度的比例被称为分凝系数4.有效分凝系数：固体掺杂浓度与远离界面处熔融液中掺杂浓度的比值5.Bridgman法：一种常用的晶体生长方法,用于晶体生长用的材料装在圆柱型的坩埚中,缓慢地下降,并通过一个具有一定温度梯度的加热炉,炉温控制在略高于材料的熔点附近。
6.光学光刻：将掩膜上的几何图形转移到涂在半导体晶片表面的敏光薄层材料上的工艺过程。
7.替位式扩散：在高温下，晶格原子在格点平衡位置附近震动，基质原子有一定的几率获得一定的能量脱离晶格格点而形成为间隙原子，因而产生一个空位，这样邻近的杂质原子就可以移到该空位，这种扩散机制称为替位扩散8.填隙式扩散：如果间隙杂质原子从一个位置移动到另一个位置而不占据格点，这种机制称为填隙扩散9.本征扩散：扩散分布是在扩散系数为常数的情况，只在掺杂浓度低于扩散温度下的本征载流子浓度才发生的扩散为本征扩散10.非本征扩散：杂质浓度大于本征载流子的浓度时，为非本征扩散11.磷硅玻璃流:低温下淀积的磷硅玻璃在加热时会变软而流动，从而形成光滑表面，所以经常采用这种二氧化硅作为相邻金属层间的绝缘体，这种工艺称为磷硅玻璃流12.品质控制图最常用的品质控制图是缺陷图和缺陷密度图，当产品不符合设计规格时，就导致缺陷或欠缺，能够反映缺陷数量或缺陷密度的控制图就是品质控制图13.成品率：达到额定技术要求的器件或电路的百分比1、半导体制造的基本工艺步骤有哪些？氧化，光刻，刻蚀，扩散和离子注入，金属镀膜2、区熔法与CZ法（直拉法）生长单晶硅的主要区别是什么？a．区熔法可以生长比直拉法纯度更高的单晶硅b．区熔法可以生长比直拉法更高阻值的单晶锭c．区熔法不需要干锅，所以无污染d．区熔法生产的单晶锭主要用于制造高功率，高电压器件3、简述晶片成形的过程。
半导体工艺及芯片制造复习资料简答题与答案第一章、半导体产业介绍1 .什么叫集成电路？写出集成电路发展的五个时代及晶体管的数量？（15分）集成电路：将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能。
集成电路芯片/元件数 无集成1 小规模（SSI ）2到50 中规模（MSI ）50到5000 大规模（LSI ）5000到10万 超大规模（VLSI ） 10万至U100万 甚大规模（ULSI ） 大于100万 产业周期1960年前 20世纪60年代前期 20世纪60年代到70年代前期 20世纪70年代前期到后期 20世纪70年代后期到80年代后期 20世纪90年代后期到现在2 .写出IC 制造的5个步骤？（15分）Wafer preparation （硅片准备）Wafer fabrication （硅片制造）Wafer test/sort （硅片测试和拣选）Assembly and packaging （装配和封装）Final test （终测）3 .写出半导体产业发展方向？什么是摩尔定律？（15分）发展方向：提高芯片性能一提升速度（关键尺寸降低，集成度提高，研发采用新材料），降低功耗。
提高芯片可靠性一严格控制污染。
降低成本——线宽降低、晶片直径增加。
摩尔定律指：IC 的集成度将每隔一年翻一番。
1975年被修改为：IC 的集成度将每隔一年半翻一番。
4 .什么是特征尺寸CD ？ （10分）最小特征尺寸，称为关键尺寸（Critical Dimension, CD ） CD 常用于衡量工艺难易的标志。
5.什么是 More moore 定律和 More than Moore 定律？（10 分）“More Moore”指的是芯片特征尺寸的不断缩小。
从几何学角度指的是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小。
与此关联的3D结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能。
