微电子工艺技术 复习要点4-6
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集成电路的分类:1.按器件结构类型分类,共有三种类型,它们分别为双极集成电路,MOS集成电路和双极-MOS混合型集成电路。
(1)双极集成电路:这种电路采用的有源器件是双极晶体管,在双极集成电路中,又可以根据双极晶体管的类型的不同,而将它们细分为NPN型和PNP型双极集成电路。
双极集成电路的特点是速度高,驱动能力强,缺点是功耗较大,集成度相对较低。
(2)金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路:这种电路中所用的晶体管为MOS晶体管,根据MOS晶体管类型的不同,MOS集成电路又可以分为NMOS,PMOS和CMOS集成电路。
与双极集成电路相比,MOS集成电路的主要优点是:输入阻抗高,抗干扰能力强,功耗小,集成度高(适合大规模集成),因此,进入超大规模集成电路时代以后,MOS,特别是CMOS集成电路已经成为集成电路的主流。
(3)双极-MOS集成电路:同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为双极-MOS集成电路,双极-MOS 集成电路综合了双极和MOS器件两者的优点,但这种电路具有制作工艺复杂的缺点。
随着CMOS集成电路中器件特征尺寸的减小,CMOS集成电路的速度越来越高,已经接近双极集成电路,因此,目前集成电路的主流技术仍然是CMOS技术。
2.按集成电路规模分类:每块集成电路芯片中包含的元器件数目叫做集成度,根据集成电路规模的大小,通常将集成电路分为小规模集成电路,中规模集成电路,大规模集成电路,超大规模集成电路,特大规模集成电路和巨大规模集成电路.3.按结构形式的分类:按照集成电路的结构形式可以将它分为半导体单片集成电路及混合集成电路。
(1)单片集成电路:它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体基片上的集成电路。
(2)混合集成电路:是指将多个半导体集成电路芯片或半导体集成电路芯片与各种分立元器件通过一定的工艺进行二次集成,构成一个完整的,更复杂的功能器件,该功能器件最后被封装在一个管壳中,作为一个整体使用,在混合集成电路中,主要由片式无源元件,半导体芯片,带有互连金属化层的绝缘基板以及封装管壳组成。
MOSFET 的直流参数饱和漏极电流I DSS截止漏极电流通导电阻R on栅极电流I GN 沟MOSFET 阈电压具有负温系数,P 沟道MOSFET 的阈电压具有正温系数。
MOSFET 有较好的温度稳定性MOSFET 的击穿电压1、漏源击穿电压BV DS2、栅源击穿电压BV GS MOSFET 的温度特性漏PN 结雪崩击穿漏源两区的穿通{{{实际上当饱和后,g m 会有所下降,原因是:•栅源电压的影响•漏源电压的影响•漏区与源区串联电阻的影响•详细请见《晶体管原理》刘永,国防工业出版社}迁移率下降说明g m 一般为几~ 几十毫西门子。
以V GS 作为参变量的g m ~ V DS特性曲线提高g的方法m从器件制造角度9增大沟道的宽长比(Z/L)9提高栅电容(减小介质结厚度、提高介电系数)9提高载流子迁移率μ从器件使用角度9提高栅源电压VGS以VGS 为参变量的gds~ V DS特性曲线在理想情况下,(gds)sat等于零实际上( gds)sat 略大于0 。
原因:I Dsat随着V DS 的增加而略微增大¾有效沟道长度调制效应怎样解释实际上( g ds )sat 略大于0?¾漏区静电场对沟道区的反馈作用¾……本章学完后自行补充!实际上使用( g ds )sat 尽量小。
降低( g ds )sat 的措施与降低有效沟道长度调制效应等的措施是一致的。
二、MOSFET 的小信号高频等效电路1 、一般推导本征MOSFET的共源极小信号高频等效电路为推导过程见书p225-230简单推导(补充)将MOSFET也看成一个双端网路先考虑低频情形输入端:从栅和接地的源/衬底的输入端口看,相当于一个电容,其行为类似开路电路,故低频可认为输入端开路。
由此,根据输出端的电流关系dsds gs m d v g v g i +=以及输入端开路,得到低频信号等效电路C gs 、C gd 分别是源极和漏极与栅极之间的电容,体现了栅极对源、漏附近的沟道电荷以及电流的控制作用,是本征电容C gsp 、C gsd 是寄生或交叠电容(即本书的C ′gs 与C ′gd )C ds 是漏-衬底pn 结电容r s 、r d 是和源、漏极有关的串连电阻g m :跨导,将输入输出联系起来进一步考虑其物理模型,可以得到各种情况下所需的等效电路3、寄生参数加上寄生参数后的饱和区等效电路如下:实际MOSFET 中的寄生参数有源极串联电阻R S 、漏极串联电阻R D 、栅极与源、漏区的交迭电容C ′gs 、C ′gd 以及C ′ds 。
微电子工艺复习第一章:1.看懂这是一个三极管利用基区、发射区扩散形成电阻的结构2.看懂电极外延层电阻结构3.看懂电极MOS集成电路中的多晶硅电阻4.电容结构包括哪些要素?两端是金属,中间是介电材料。
集成电路中电容的结构5.这是电容结构Pn结位于空间电荷区,是一个电容结构。
PN结电容结构6. MOS场效应晶体管中以SiO2为栅极层MOS场效应晶体管电容结构7.有源器件?二极管,三极管,MOS管集成电路中二极管的基本结构8.看懂二极管,三极管的结构集成电路中二极管的结构9.三极管分清npn与pnp?有什么区别?怎么画的?结构上,NPN三极管的中间是P区(空穴导电区),两端是N区(自由电子导电区),而PNP三极管正相反。
使用上,NPN三极管工作时是集电极接高电压,发射极接低电压,基极输入电压升高时趋向导通,基极输入电压降低时趋向截止;而PNP三极管工作时则是集电极接低电压,发射极接高电压,基极输入电压升高时趋向截止,基极输入电压降低时趋向导通。
晶体管的基本结构10.什么叫NMOS?什么叫PMOS?PMOS是指利用空穴来传导电性信号的金氧半导体。
NMOS是指利用电子来访传导电性信号的金氧半晶体管。
MOS管的结构图和示意图11.集成电路包括哪些阶段?核心阶段?阶段: 硅片(晶圆)的制备、掩膜版的制作、硅片的制造及元器件封装集成电路制造的阶段划分半导体芯片的制造框图半导体芯片制造的关键工艺12.硅的基本性质?它的优点?硅的禁带宽度较大(1.12eV),硅半导体的工作温度可以高达200℃。
硅片表面可以氧化出稳定且对掺杂杂质有极好阻挡作用的氧化层(SiO2)优点:(1)硅的丰裕度硅是地球上第二丰富的元素,占到地壳成分的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,而消耗的成本比较低。
(2)更高的熔化温度允许更宽的工艺容限硅的熔点是1412℃,远高于锗937℃的熔点,更高的熔点使得硅可以承受高温工艺。
微电子工艺技术-复习要点答案)完整版(第四章晶圆制造法。
比法和FZ1.CZ法提单晶的工艺流程。
说明CZ FZ三种生长方法的优缺点。
较单晶硅锭CZ、MCZ和答:法:使用射频或电阻加热线圈,置于慢速转动的石CZ3、收颈4、放肩5、等径生长6、收晶。
1、溶硅2、引晶。
将一个慢速转动的夹具的单晶硅籽晶棒)英坩埚内的高纯度电子级硅在1415度融化(需要注意的是熔硅的时间不宜过长逐渐降低到熔融的硅中,籽晶表面得就浸在熔融的硅中并开始融化,籽晶的温度略低于硅的熔点。
当系统稳定后,将籽晶缓慢拉出,同时熔融的硅也被拉出。
使其沿着籽晶晶体的方向凝固。
籽晶晶体的旋转和熔化可以改善整个硅锭掺杂物的均匀性。
的多晶硅棒垂直放在高温炉反应室。
加热将多晶硅棒的低端熔化,然后50-100cm FZ法:即悬浮区融法。
将一条长度把籽晶溶入已经熔化的区域。
熔体将通过熔融硅的表面张力悬浮在籽晶和多晶硅棒之间,然后加热线圈缓慢升高温度将熔融硅的上方部分多晶硅棒开始熔化。
此时靠近籽晶晶体一端的熔融的硅开始凝固,形成与籽晶相同的晶体结构。
当加热线圈扫描整个多晶硅棒后,便将整个多晶硅棒转变成单晶硅棒。
法优点:①所生长的单晶的直径较大,成本相对较低;②通过热场调整及晶转,坩埚等工艺参数的优化,可以较好CZ的控制电阻率径向均匀性。
缺点:石英坩埚内壁被熔融的硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响,易引入氧、碳杂质,不易生长高电阻率单晶。
③高纯度、高电阻率、低法高。
②无需坩埚、石墨托,污染少 CZFZ法优点:①可重复生长,提纯单晶,单晶纯度较法,熔体与晶体界面复杂,很④悬浮区熔法主要用于制造分离式功率元器件所需要的晶圆。
缺点:直径不如CZ氧、低碳难得到无位错晶体,需要高纯度多晶硅棒作为原料,成本高。
优点:较少温度波动,减轻溶硅与坩埚作用,降低了缺陷密度,氧含量,提高了电阻分布的均匀MC:改进直拉法性2.晶圆的制造步骤【填空】答:1、整形处理:去掉两端,检查电阻确定单晶硅达到合适的掺杂均匀度。
分凝现象 Segregation :假设某种杂质在晶体中的浓度处处相同,当晶体逐段溶化和凝固后,固相和液相晶体中可容纳的杂质浓度并不相同,这种杂质浓度在固液相界面两边重新分布的现象,称分凝现象。
Chapter2氧化二氧化硅的性质和用途——二氧化硅的掩蔽作用和厚度估算(masking properties of thermal growth SiO2) 物理性质:密度:无定型2.15—2。
25g/cm2结晶型2.65g/cm2;折射率:密度大的薄膜具有大的折射率;电导率:与制备方法以及所含杂质数量等因素有关;介电强度:单位厚度的SiO2所承受的最小击穿电压106—107V/cm ;介电常数:相对介电常数为3。
9。
化学性质:酸性氧化物,是硅最稳定的氧化物,不溶于水,耐多种强酸,但能与氢氟酸反应;在一定温度下,能和强碱(如氢氧化钠 氢氧化钾)反应,也有可能被铝 氢等还原. 用途:对杂质扩散的掩蔽作用;对器件的绝缘隔离层;用作电容器的介质材料;用作MOS 器件的绝缘栅材料;用于其他半导体器件;热氧化原理(硅消耗问题、D-G 模型重点结论)?2s io 的制备方法:热氧化法:干氧氧化、水蒸汽氧化、湿氧氧化、干氧-湿氧-干氧(简称干湿干)氧化法、氢氧合成氧化干氧氧化:高温下,氧气直接通向高温氧化炉与硅反应。
特点:质量最佳,结构致密,均匀性和重复性好,掩蔽能力强;但生长速度慢.适合MOS 器件中栅极氧化中低于0。
1微米的薄氧化层的生长。
水汽氧化:在高温下,硅片表面硅原子与高纯水产生的蒸汽反应生成SiO2,N2作携带气体。
特点:质量差,稳定性不好,对磷扩散掩蔽能力弱湿氧氧化:在高温下,O2携带高纯水产生的蒸汽,到达硅片表面与硅原子反应生成SiO2。
特点:氧化剂是氧气和水蒸汽。
所得氧化膜各项特性(质量和生长速度等)都介于干氧氧化和水汽氧化之间。
通过调节氧气和水汽的比例可调节生长速率。
氧化层厚度和时间的关系式012A χ⎤⎥=⎥⎥⎦,当氧化时间很短时,即B A t 4/)(2<<+τ时,此时Tox 与t 为线性关系反应限制氧化区,主要受反应限制,当,B A t 4/)(2<<+τ,Tox 与t 为抛物线关系,此时的抛物线性氧化区也称扩散限制氧化区,主要受扩散限制。
一、填空题晶圆制备1.用来做芯片的高纯硅被称为(半导体级硅),英文简称(GSG),有时也被称为(电子级硅)。
2.单晶硅生长常用(CZ法)和(区熔法)两种生长方式,生长后的单晶硅被称为(硅锭)。
3.晶圆的英文是(wafer),其常用的材料是(硅)和(锗)。
4.晶圆制备的九个工艺步骤分别是(单晶生长)、整型、(切片)、磨片倒角、刻蚀、(抛光)、清洗、检查和包装。
5.从半导体制造来讲,晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是(100)、(110)和(111)。
6.CZ直拉法生长单晶硅是把(融化了的半导体级硅液体)变为(有正确晶向)并且(被掺杂成p型或n型)的固体硅锭。
7.CZ直拉法的目的是(实现均匀参杂的同时并且复制籽晶的结构,得到合适的硅锭直径并且限制杂质引入到硅中)。
影响CZ直拉法的两个主要参数是(拉伸速率)和(晶体旋转速率)。
8.晶圆制备中的整型处理包括(去掉两端)、(径向研磨)和(硅片定位边和定位槽)。
9.制备半导体级硅的过程:1(制备工业硅);2(生长硅单晶);3(提纯)。
氧化10.二氧化硅按结构可分为(结晶型)和(非结晶型)或(不定型)。
11.热氧化工艺的基本设备有三种:(卧式炉)、(立式炉)和(快速热处理炉)。
12.根据氧化剂的不同,热氧化可分为(干氧氧化)、(湿氧氧化)和(水汽氧化)。
13.用于热工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分:(工艺腔)、(硅片传输系统)、气体分配系统、尾气系统和(温控系统)。
14.选择性氧化常见的有(局部氧化)和(浅槽隔离)15.列出热氧化物在硅片制造的4种用途:(参杂阻挡)、(表面钝化)、场氧化层和(金属层间介质)。
16.可在高温设备中进行的五种工艺分别是(氧化)、(扩散)、(淀积)、退火和合金。
17.硅片上的氧化物主要通过(热生长)和(淀积)的方法产生,由于硅片表面非常平整,使得产生的氧化物主要为层状结构,所以又称为(薄膜)。
18.热氧化的目标是按照(厚度)要求生长(无缺陷)、(均匀)的二氧化硅薄膜。
1.干法氧化,湿法氧化和水汽氧化三种方式的优缺点。
20XX级《微电子工艺》复习提纲一.衬底制备1.硅单晶的制备方法。
直拉法悬浮区熔法1.硅外延多晶与单晶生长条件。
任意特左淀积温度下,存在最大淀积率,超过最大淀积率生成多晶薄膜,低于最大淀积率,生成单晶外延层。
三.薄膜制备1 •氧化干法氧化:干燥纯净氧气湿法氧化:既有纯净水蒸汽有又纯净氧气水汽氧化:纯净水蒸汽速度均匀重复性结构掩蔽性干氧慢好致密好湿氧快较好中基本满足水汽最快差疏松差2.理解氧化厚度的表达式和曲线图。
二氧化硅生长的快慢由氧化剂在二氧化硅中的扩散速度以及与硅反应速度中较慢的一个因素决左;当氧化时间很长时,抛物线规律,当氧化时间很短时,线性规律。
3.温度、气体分压、晶向、掺杂情况对氧化速率的影响。
温度:指数关系,温度越髙,氧化速率越快。
气体分压:线性关系,氧化剂分压升高,氧化速率加快晶向:(111)面键密度大于(100)而,氧化速率髙:髙温忽略。
掺杂:掺杂浓度高的氧化速率快:4.理解采用「法热氧化和掺氯措施提高栅氧层质量这个工艺。
m寧二氧化硅特恂提高氧化质量。
干法氧化中掺氯使氧化速率可提高1%$%。
四s薄膜制备2•化学气相淀积CVD1.三种常用的化学气相淀积方式,在台阶覆盖能力,呈膜质量等各方而的优缺点。
常压化学气相淀积APCVD:操作简单淀积速率快,台阶覆盖性和均匀性差低压化学气相淀积LPCVD:台阶覆盖性和均匀性好,对反应式结构要求不高,速率相对低,工作温度相对高,有气缺现象PECVD:温度低,速率高,覆盖性和均匀性好,主要方式。
2.本征SiCh,磷硅玻璃PSG,硼磷硅玻璃BPSG的特性和在集成电路中的应用。
USG:台阶覆盖好,黏附性好,击穿电压高,均匀致密:介质层,掩模(扩散和注入),钝化层,绝缘层。
PSG:台阶覆盖更好,吸湿性强,吸收碱性离子BPSG:吸湿性强,吸收碱性离子,金属互联层还有用(具体再查书)。
3.热生长SiO2和CVD淀积SiO?膜的区别。
《微电子工艺原理和技术》复习题一、填空题1.半导体集成电路主要的衬底材料有单元晶体材料⎽Si⎽、⎽Ge⎽和化合物晶体材料⎽GaAs⎽、⎽InP⎽;硅COMS集成电路衬底单晶的晶向常选(100);TTL集成电路衬底材料的晶向常选(111);常用的硅集成电路介电薄膜是⎽SiO2⎽、⎽Si3N4;常用的IC互连线金属材料是⎽Al⎽⎽、⎽Cu⎽。
2.画出P型(100)、(111)和N型(100)、(111)单晶抛光硅片的外形判别示意图。
3.硅微电子器件常用硅片的三个晶向是:(100)⎽、(111)、(110)画出它们的晶向图。
4.⎽⎽热扩散⎽⎽和⎽离子注入⎽是半导体器件的最常用掺杂方法。
⎽P⎽、⎽⎽As⎽⎽⎽是Si常用的施主杂质;⎽⎽⎽B⎽⎽⎽⎽是Si常用的受主杂质;⎽Zn⎽⎽⎽是GaAs常用的P型掺杂剂;⎽⎽⎽Si⎽⎽⎽⎽是GaAs常用的N型掺杂剂。
5.摩尔定律的主要内容是:⎽晶体管特征尺寸每三年减小到约70%,30年内有效,也可表示为,集成电路的特征尺寸每三年缩小30%;集成度每三年翻二翻;集成电路工艺每三年升级一代;逻辑电路的速度每三年提高30%。
6. 集成电路用单晶硅的主要制备方法是⎽提拉法⎽和⎽区熔法⎽⎽⎽。
7.半导体材料的缺陷主要有点缺陷、位错、层错、孪晶。
8. 半导体晶体的晶胞具有⎽⎽立方⎽⎽⎽⎽⎽对称性, Si、Ge 、GaAs 晶体为⎽金刚石⎽⎽结构。
用⎽⎽密勒指数⎽⎽⎽h,k,l 表示晶胞晶面的方向。
9.电子和空穴是半导体的主要载流子,N型半导体中⎽电子⎽浓度高于⎽空穴⎽⎽⎽浓度,而P型半导体中⎽空穴⎽⎽浓度高于⎽电子浓度,⎽本证⎽半导体中的两种载流子浓度相等。
10. 半导体单晶材料中的电子能级由于价电子的共有化分裂成能带,价带是⎽0 K 条件下被 电子填充的能量最高的能带,导带是0 K 条件下未被电子填充的能量最低的能带 ,导 带底与价带顶之间称禁带。
施主能级靠近⎽导带底⎽⎽,受主能级靠近⎽价带顶⎽。
微电子工艺复习整理第一章微电子工艺基础绪论1、描述分立器件和集成电路的区别①分立器件:就是由二极管、三极管等单一制的元器件共同组成的,通常就可以顺利完成单一功能,体积巨大。
②集成电路:把由若干个晶体管、电阻、电容等器件组成的、实现某种特定功能的电子线路,集中制造在一块小小的半导体芯片上,大体上可以分为三类,半导体集成电路,混合集成电路及薄膜集成电路。
半导体集成电路又可以分为双极型集成电路和金属-氧化物-半导体集成电路。
优点:a:减少互连的真菌效应;b:可充分利用半导体晶片的空间和面积;c:大幅度降低制造成本。
2、列出出来几种pn吴厝庄的构成方法并讲出平面工艺的特点①合金结方法a接触加热:将一个p型小球放在一个n型半导体上,加热到小球熔融b加热:p型小球以合金的形式混入半导体底片,加热后,小球下面构成一个再原产结晶区,这样就获得了一个pn结。
缺点:不能准确控制pn结的位置。
②生长结方法半导体单晶就是由掺有某种杂质(比如p型)的半导体熔液中生长出的。
缺点:不适合大批量生产。
③扩散结优点:扩散结结深能够精确控制。
④二氧化硅薄膜的优点a:做为遮蔽膜,有效率的遮蔽大多数杂质的蔓延b:提升半导体几何图形的控制精度c:熔融半导体器件表面,提升了器件的稳定性。
⑤平面工艺:利用二氧化硅掩蔽膜,通过光刻出窗口控制几何图形进行选择性扩散形成pn结3、生产半导体器件的四个阶段①.材料准备②晶体生长与晶圆准备③.芯片制造④.封装4、表述集成度的概念并根据集成度将集成电路分类概念:指单块芯片上所容纳的允许元件数目。
集成度越高,所容纳元件数目越多分类小规模中规模大规模超大规模甚大规模门的个数(集成度)最多12个12-19100-999910000-99999100000以上典型的集成电路逻辑门、触发器计数器、加法器小型存储器、门阵列大型存储器、微处理器可编程逻辑器件、多功能专用集成电路5、微电子工艺的特点①高技术含量:设备先进、技术先进②高精度:光刻图形的最轻线条尺寸在亚微米量级,制取的介质薄膜厚度也在纳米量级,而精度更在上述尺度之上。
第四章晶圆制造1.CZ法提单晶的工艺流程。
说明CZ法和FZ法。
比较单晶硅锭CZ、MCZ和FZ三种生长方法的优缺点。
答:1、溶硅2、引晶3、收颈4、放肩5、等径生长6、收晶。
CZ法:使用射频或电阻加热线圈,置于慢速转动的石英坩埚内的高纯度电子级硅在1415度融化(需要注意的是熔硅的时间不宜过长)。
将一个慢速转动的夹具的单晶硅籽晶棒逐渐降低到熔融的硅中,籽晶表面得就浸在熔融的硅中并开始融化,籽晶的温度略低于硅的熔点。
当系统稳定后,将籽晶缓慢拉出,同时熔融的硅也被拉出。
使其沿着籽晶晶体的方向凝固。
籽晶晶体的旋转和熔化可以改善整个硅锭掺杂物的均匀性。
FZ法:即悬浮区融法。
将一条长度50-100cm 的多晶硅棒垂直放在高温炉反应室。
加热将多晶硅棒的低端熔化,然后把籽晶溶入已经熔化的区域。
熔体将通过熔融硅的表面张力悬浮在籽晶和多晶硅棒之间,然后加热线圈缓慢升高温度将熔融硅的上方部分多晶硅棒开始熔化。
此时靠近籽晶晶体一端的熔融的硅开始凝固,形成与籽晶相同的晶体结构。
当加热线圈扫描整个多晶硅棒后,便将整个多晶硅棒转变成单晶硅棒。
CZ法优点:①所生长的单晶的直径较大,成本相对较低;②通过热场调整及晶转,坩埚等工艺参数的优化,可以较好的控制电阻率径向均匀性。
缺点:石英坩埚内壁被熔融的硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响,易引入氧、碳杂质,不易生长高电阻率单晶。
FZ法优点:①可重复生长,提纯单晶,单晶纯度较CZ法高。
②无需坩埚、石墨托,污染少③高纯度、高电阻率、低氧、低碳④悬浮区熔法主要用于制造分离式功率元器件所需要的晶圆。
缺点:直径不如CZ法,熔体与晶体界面复杂,很难得到无位错晶体,需要高纯度多晶硅棒作为原料,成本高。
MCZ:改进直拉法优点:较少温度波动,减轻溶硅与坩埚作用,降低了缺陷密度,氧含量,提高了电阻分布的均匀性2.晶圆的制造步骤【填空】答:1、整形处理:去掉两端,检查电阻确定单晶硅达到合适的掺杂均匀度。
2、切片3、磨片和倒角4、刻蚀5、化学机械抛光3. 列出单晶硅最常使用的两种晶向。
2008级《微电子工艺》复习提纲一、衬底制备1.硅单晶的制备方法。
2.晶圆的处理工艺,晶圆晶向的表征方法。
3.理解最大固浓度的概念,硅的杂质源和掺杂特点。
二、外延生长1.外延的定义和外延的几种方法。
2.四氯化硅氢气还原法外延制备硅的技术,理解温度、反应剂浓度、衬底晶向对生长速率的影响。
3.理解硅的外延生长模型解释硅外延生长为平面生长技术。
4.硅外延多晶与单晶生长条件。
三、薄膜制备1-氧化1.干法氧化,湿法氧化和水汽氧化三种方式的优缺点。
2.理解氧化厚度的表达式和曲线图。
3.温度、气体分压、晶向、掺杂情况对氧化速率的影响。
4.理解采用干法热氧化和掺氯措施提高栅氧层质量这个工艺。
四、薄膜制备2-化学气相淀积CVD1.工艺中影响台阶覆盖、间隙填充的图形保真度的因素。
2.三种常用的化学气相淀积方式,在台阶覆盖能力,呈膜质量等各方面的优缺点。
3.CVD的Grove模型提出的影响薄膜淀积速率的两个因素。
4.本征SiO2,磷硅玻璃PSG,硼磷硅玻璃BPSG的特性和在集成电路中的应用。
5.热生长SiO2和CVD淀积SiO2膜的区别。
五、薄膜制备3-物理气相淀积PVD1.两种真空蒸发方法和区别。
2.溅射的不同的种类。
溅射与真空蒸发的比较。
3.等离子体的概念,高能粒子与芯片表面作用会发生的情况。
六、扩散和离子注入1. 费克扩散方程。
2. 恒定表面源扩散和恒定杂质总量两种扩散方式下结深及杂质总量的计算。
以下给出五道例题,请大家注意,能自己做出来。
(1) 已知N-Si 衬底N B =1015cm -3,在1150℃作硼再分布扩散后测得Xj=2.5μm, N S =2×1019cm -3, D=6×10-13 cm 2/s, 求扩散时间t=_____min.(只保留整数部分)扩散时间为44min.(2) 已知N-Si 衬底N B =1015cm -3,硼预扩散温度为1000℃,D=2×10-14cm 2/s ,时间为20min,Ns=4×1020cm -3, 求通过单位表面积扩散到硅片内部得杂质总量Q=_____×1015cm -2.(答案保留三位有效数字)杂质总量为2.21_×1015cm -2。
• 1.1微焊接工艺设计的必要性;1.表面贴装的元器件2.通过焊膏印刷在电路板焊盘上,经SMD贴装,通过I可流焊完成群焊。
3.焊点强度没有通孔插装形式高。
4.对焊点可靠性设计和可靠性评价重点应该是焊料的材料特性(尤其是疲劳特性)。
1.2微焊接工艺设计的顺序•工艺设计:焊点可靠性设;电路板焊盘设计;印刷网版开口设计;1.3工艺设计和设计应用实例?片式元件;QFP; TCP; BGA;微焊接工艺设计•对焊点可靠性设计和可靠性评价重点应该是焊料的材料特性(特别是疲劳特性)。
•对焊点可靠性产生影响的主要因素有:-对电路板焊盘所供给的焊料量的设定;-电路板焊盘与元件电极间的间隙;-电路板焊盘与对应元件的位置偏差。
•工艺设计的目的是将各种不良因素消灭在生产开始之前。
•焊点可靠性设计的目标是什么?•目标是确定必要的焊料量内容是焊点可靠性设计,电路板焊盘设计,印刷网版开口设计•微焊接工艺设计的内容是什么?•片式元件,QFP和BGA这几种元件在工艺设计上有何异同?第2章连接器和互连技术连接器连接连接器功能-一种在两个电子分系统之间提供可分新涉界而而对信号完整性或功率损耗不会产生不•可接_受戾澎响的机电系统。
采用机械手段(簧片偏转)来产生电气界面-1.接触件接口2.典型的接触件接口形态3.所有的表面在微尺度上接触接口都是粗糙的;4.右图为两个球形表而相接触;5.集中(接触)电阻。
6.接触镀层7.使用接触镀层的两个主要理由8.为了对接触簧片基底金属进行腐蚀防护;9.建立和保持接触界面尤其是金属接触界面,优化接触表面特性。
10.在插合以及使用期间的膜管理,可能是连接器性能中最关键的因素11.接触镀层的选择是控制膜效应的基本手段之一12.通过电镀施加接触镀层13.接触簧片14.机械零件15.提供产生和维持可分离的接触界面的接触力,并允许形成永久的连接界面。
16.电气零件17.将信号或功率从可分离的界面传输到永久的界面,然后传输到连接它的电路元件上18.连接器外壳•19.连接器外壳要具有明显的电气和机械功能,但是它也能提供环境上的保护。
微电子复习资料全集成电路的分类:1.按器件结构类型分类,共有三种类型,它们分别为双极集成电路,MOS集成电路和双极-MOS混合型集成电路。
(1)双极集成电路:这种电路采用的有源器件是双极晶体管,在双极集成电路中,又可以根据双极晶体管的类型的不同,而将它们细分为NPN型和PNP型双极集成电路。
双极集成电路的特点是速度高,驱动能力强,缺点是功耗较大,集成度相对较低。
(2)金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路:这种电路中所用的晶体管为MOS晶体管,根据MOS晶体管类型的不同,MOS集成电路又可以分为NMOS,PMOS和CMOS集成电路。
与双极集成电路相比,MOS集成电路的主要优点是:输入阻抗高,抗干扰能力强,功耗小,集成度高(适合大规模集成),因此,进入超大规模集成电路时代以后,MOS,特别是CMOS集成电路已经成为集成电路的主流。
(3)双极-MOS集成电路:同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为双极-MOS集成电路,双极-MOS 集成电路综合了双极和MOS器件两者的优点,但这种电路具有制作工艺复杂的缺点。
随着CMOS集成电路中器件特征尺寸的减小,CMOS集成电路的速度越来越高,已经接近双极集成电路,因此,目前集成电路的主流技术仍然是CMOS技术。
2.按集成电路规模分类:每块集成电路芯片中包含的元器件数目叫做集成度,根据集成电路规模的大小,通常将集成电路分为小规模集成电路,中规模集成电路,大规模集成电路,超大规模集成电路,特大规模集成电路和巨大规模集成电路.3.按结构形式的分类:按照集成电路的结构形式可以将它分为半导体单片集成电路及混合集成电路。
(1)单片集成电路:它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体基片上的集成电路。
(2)混合集成电路:是指将多个半导体集成电路芯片或半导体集成电路芯片与各种分立元器件通过一定的工艺进行二次集成,构成一个完整的,更复杂的功能器件,该功能器件最后被封装在一个管壳中,作为一个整体使用,在混合集成电路中,主要由片式无源元件,半导体芯片,带有互连金属化层的绝缘基板以及封装管壳组成。
1 集成电路的分类:小规模集成,中规模,大规模,超大规模,巨大规模,系统及芯片。
集成电路指标:集成度,特征尺寸。
2 集成度:单个芯片上集成的元器件数目;特征尺寸:45nm,22nm,15nm。
3 晶胞的分类:素晶胞,面心晶胞,体心晶胞,底心晶胞。
4 硅片的制备:单晶生长---单晶硅锭---单晶去头和径向研磨---定位边研磨--- 硅片研磨----倒角---粘片---硅片刻蚀---抛光。
5 晶体缺陷:点缺陷,线缺陷,面缺陷,体缺陷。
线缺陷又称为位错,分为刃型位错和镙位错。
6 硅的氧化分为干氧氧化Si(固体)+O2(气体)-----SiO2(固体)湿氧氧化Si(固体)+2H2O(气体)-----SiO2(固体)+2H2(气体)7 判定氧化层厚度的方法,颜色对比是主观化的因此不是最精确的判定氧化层厚度的方法。
更精确的方法是表面光度法和椭圆偏光法。
8 光刻定义:光刻就是在超净环境中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。
工艺流程:气相成底膜---旋转涂胶---软烘----对准和曝光----曝光后的烘焙---显影---坚膜烘焙----显影检查。
9 曝光设备的性能取决于三个参数:分辨率,对准精度,生产效率。
分辨率是指能精确转移到半导体表面光刻胶上的最小特征尺寸值。
对准精度是指各个掩膜与先前刻在硅片上的图行互相套准的程度。
生产效率是指某次光刻中掩膜在1小时内能曝光的硅片数量。
10 两种基本的曝光方法:遮蔽式与投影式曝光。
11 光刻胶分为正胶和负胶。
正胶有三种成分组成:感光剂,树脂基片和有机溶剂。
负胶是一种有感光剂的聚合物。
正光刻胶;由不可溶变为可溶,加工精度高。
负光刻胶粘附性好。
12 刻蚀分为:干法刻蚀和湿法化学刻蚀。
湿法化学刻蚀的方法有浸泡法和喷射法。
13 刻蚀偏差是指刻蚀后线宽与关键尺寸的变化;选择比是指在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料刻蚀速率的比;均匀性是指衡显刻蚀工艺在一个硅片或在一批之间的参数。
1.1 硅单晶的化学性质硅Si,密度为2.4 g/cm3,熔点1420℃,沸点2360℃。
硅分为单晶和多晶硅两种:单晶硅---〉集成电路等;多晶硅---〉太阳电池等。
硅单晶和酸在通常条件下不起反应,只与(HF+HNO3)混合酸反应。
在反应中。
硝酸起氧化剂作用。
而氢氟酸则起络合剂的作用。
因此,(HF+HNO3)混合酸可以硅的腐蚀液。
强碱能和单晶硅反应,生成硅酸盐并释放出氢气,如下式:Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2↑ (1-2)Si+2NH4OH→(NH4)2SiO3+2H2↑ (1-3)Si+Ca(OH)2+NaOH=Na2SiO3+CaO+2H2↑ (1-5)在高温,气态氟化氢与硅进行反应:Si+4HF=SiF4↑+2H2↑ (1-4)(1) 二氧化硅Si+O2=SiO2+203 kJ (1-6)无色透明固体,熔点达1713℃。
石英(密度2.65g/cm3):水晶。
地壳(Qiao)二分子一以上是由二氧化硅组成。
熔化的SiO2仅在2590℃时才沸腾。
SiO2不溶于水,除HF外不和其它酸反应,SiO2+4HF =SiF4↑+2H2OSiO2与强碱反应:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O (1-7)SiO2+NaCO3=Na2SiO3+CO2↑ (1-8)(2)一氧化硅 (升华温度1700℃)高温:SiO2+Si=2SiO (1-9)(3)碳化硅(超硬材料) (又称金刚砂)2000℃:510.448J+ SiO2+3C=2CO+SiC (1-10)2500℃升华再结晶制成单晶碳化硅:金刚砂(不与酸反应,HF与HNO3混合酸除外)。
碳化硅:金刚砂与碱反应:SiC+4NaOH+3O2=Na2SiO3+Na2CO3+2H2O(4) 氮化硅(超硬材料)↗将硅与氮加热至1300℃以上,能直接化合成氮化硅(Si3N4),并释放出大量热(656.888 kJ/mol)。
3Si+2N2=Si3N4↗CVD法制备氮化硅薄膜,应用于IC制备中抗辐射:700-900℃:3SiH4+4NH3=Si3N4+12H2 (1-11) 硅烷(SiH4)↗高纯硅的制备:一般首先由硅石(SiO2)制得工业硅(粗硅),再制成高纯的多晶硅,最后拉制成半导体材料硅单晶。
微电子工艺技术复习要点4-6第四章晶圆制造1. CZ法提单晶的工艺流程。
说明CZ法和FZ法。
比较单晶硅锭CZ、MCZ和FZ三种生长方法的优缺点。
1、溶硅2、引晶3、收颈4、放肩5、等径生长6、收晶。
CZ法:使用射频或电阻加热线圈,置于慢速转动的石英坩埚内的高纯度电子级硅在1415度融化。
将一个慢速转动的夹具的单晶硅籽晶棒逐渐降低到熔融的硅中,籽晶表面得就浸在熔融的硅中并开始融化,籽晶的温度略低于硅的熔点。
当系统稳定后,将籽晶缓慢拉出,同时熔融的硅也被拉出。
使其沿着籽晶晶体的方向凝固。
FZ法:即悬浮区融法。
将一条长度50-100cm 的多晶硅棒垂直放在高温炉反应室,加热将多晶硅棒的低端熔化,然后把籽晶溶入已经熔化的区域。
熔体将通过熔融硅的表面张力悬浮在籽晶和多晶硅棒之间,然后加热线圈缓慢升高温度将熔融硅的上方部分多晶硅棒开始熔化。
此时靠近籽晶晶体一端的熔融的硅开始凝固,形成与籽晶相同的晶体结构。
当加热线圈扫描整个多晶硅棒后,便将整个多晶硅棒转变成单晶硅棒CZ法优点:单晶直径大,成本低,可以较好控制电阻率径向均匀性。
缺点:石英坩埚内壁被熔融的硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响,易引入氧、碳杂质,不易生长高电阻率单晶FZ法优点:1、可重复生长,单晶纯度比CZ法高。
2、无需坩埚石墨托,污染少。
3、高纯度,高电阻率,低碳,低氧。
缺点:直径不如CZ法,熔体与晶体界面复杂,很难得到无位错晶体,需要高纯度多晶硅棒作为原料,成本高。
MCZ:改进直拉法优点:较少温度波动,减轻溶硅与坩埚作用,降低了缺陷密度,氧含量,提高了电阻分布的均匀性 2.晶圆的制造步骤【填空】1、整形处理:去掉两端,检查电阻确定单晶硅达到合适的掺杂均匀度。
2、切片3、磨片和倒角4、刻蚀5、化学机械抛光 3. 列出单晶硅最常使用的两种晶向。
【填空】111.100.4. 说明外延工艺的目的。
说明外延硅淀积的工艺流程。
在单晶硅的衬底上生长一层薄的单晶层。
第四章晶圆制造1. CZ法提单晶的工艺流程。
说明CZ法和FZ法。
比较单晶硅锭CZ、MCZ和FZ三种生长方法的优缺点。
1、溶硅2、引晶3、收颈4、放肩5、等径生长6、收晶。
CZ法:使用射频或电阻加热线圈,置于慢速转动的石英坩埚内的高纯度电子级硅在1415度融化。
将一个慢速转动的夹具的单晶硅籽晶棒逐渐降低到熔融的硅中,籽晶表面得就浸在熔融的硅中并开始融化,籽晶的温度略低于硅的熔点。
当系统稳定后,将籽晶缓慢拉出,同时熔融的硅也被拉出。
使其沿着籽晶晶体的方向凝固。
FZ法:即悬浮区融法。
将一条长度50-100cm 的多晶硅棒垂直放在高温炉反应室,加热将多晶硅棒的低端熔化,然后把籽晶溶入已经熔化的区域。
熔体将通过熔融硅的表面张力悬浮在籽晶和多晶硅棒之间,然后加热线圈缓慢升高温度将熔融硅的上方部分多晶硅棒开始熔化。
此时靠近籽晶晶体一端的熔融的硅开始凝固,形成与籽晶相同的晶体结构。
当加热线圈扫描整个多晶硅棒后,便将整个多晶硅棒转变成单晶硅棒CZ法优点:单晶直径大,成本低,可以较好控制电阻率径向均匀性。
缺点:石英坩埚内壁被熔融的硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响,易引入氧、碳杂质,不易生长高电阻率单晶FZ法优点:1、可重复生长,单晶纯度比CZ法高。
2、无需坩埚石墨托,污染少。
3、高纯度,高电阻率,低碳,低氧。
缺点:直径不如CZ法,熔体与晶体界面复杂,很难得到无位错晶体,需要高纯度多晶硅棒作为原料,成本高。
MCZ:改进直拉法优点:较少温度波动,减轻溶硅与坩埚作用,降低了缺陷密度,氧含量,提高了电阻分布的均匀性2.晶圆的制造步骤【填空】1、整形处理:去掉两端,检查电阻确定单晶硅达到合适的掺杂均匀度。
2、切片3、磨片和倒角4、刻蚀5、化学机械抛光3. 列出单晶硅最常使用的两种晶向。
【填空】111.100.4. 说明外延工艺的目的。
说明外延硅淀积的工艺流程。
在单晶硅的衬底上生长一层薄的单晶层。
5. 氢离子注入键合SOI晶圆的方法1、对晶圆A清洗并生成一定厚度的SO2层。
2、注入一定的H形成富含H的薄膜。
3、晶圆A翻转并和晶圆B键合,在热反应中晶圆A的H 脱离A和B键合4、经过CMP和晶圆清洗就形成键合SOI晶圆6. 列出三种外延硅的原材料,三种外延硅掺杂物【填空】6名词解释:CZ法提拉工艺、FZ法工艺、SOI、HOT(混合晶向)、应变硅CZ法:直拉单晶制造法。
FZ法:悬浮区融法。
SOI:在绝缘层衬底上异质外延硅获得的外延材料。
HOT:使用选择性外延技术,可以在晶圆上实现110和100混合晶向材料。
应变硅:通过向单晶硅施加应力,硅的晶格原子将会被拉长或者压缩不同与其通常原子的距离。
第五章热处理工艺1. 列举IC芯片制造过程中热氧化SiO2的用途?1、原生氧化层2、屏蔽氧化层3、遮蔽氧化层4、场区和局部氧化层5、衬垫氧化层6、牺牲氧化层7、栅极氧化层8、阻挡氧化层2. 栅氧化层生长的典型干法氧化工艺流程1、850度闲置状态通入吹除净化氮气。
2、通入工艺氮气充满炉管。
3、将石英或碳化硅晶圆载舟缓慢推入炉管中4、以大约10度每分钟升温5、工艺氮气气流下稳定温度6、关闭氮气,通入氧气和氯化氢,在晶圆表面生成SO2薄膜7、当氧化层达到厚度时,关掉氧气和氯化氢,通入氮气,进行氧化物退火。
8、工艺氮气气流下降温9、工艺氮气气流下将晶舟拉出,闲置状态下吹除净化氮气。
3. 影响扩散工艺中杂质分布的因素1、时间与温度,恒定表面源主要是时间。
2、硅晶体中存在其他类型的点缺陷p75-p774. 氮化硅在IC芯片上的用途1、硅局部氧化形成过程中,作为阻挡氧气扩散的遮蔽层。
2、作为化学抛光的遮挡层。
3、用于形成侧壁空间层、氧化物侧壁空间层的刻蚀停止层或空间层。
4、在金属淀积之前,作为掺杂物的扩散阻止层。
5、作为自对准工艺的刻蚀停止层。
5. 离子注入后的RTA流程1、晶圆进入2、温度急升3、温度趋稳4、退火5、晶圆冷却6、晶圆退出6. 为什么晶体晶格离子注入工艺后需要高温退火?使用RTA退火有什么优点【填空】消除晶格损伤,恢复载流子寿命以及迁移率,激活一定比列的掺杂原子。
P112 降低了退火温度或者说减少了退火时间,减少了退火时的表面污染,硅片不会产生变形,不会产生二次缺陷,对于高剂量注入时的电激活率较高。
7. SiO2-Si界面中存在几种电荷?对器件性能有哪些影响?工艺上如何降低它们的密度【综合】5种。
Li RB+ Cs+ K+几乎没有影响Na+会引起mos晶体管阈值电压的不稳定。
P57 1、使用含氯的氧化工艺2、用氯周期性的清洗管道、炉管和相关的容器。
3、使用超纯净的化学物质4、保证气体及气体传输过程的清洁,保证栅电极材料不受污染。
8. 扩散掺杂工艺的三个步骤【填空】1、晶圆清洗。
2、生长遮蔽氧化层3、光刻4、刻蚀5、去光刻胶6、清洗7、掺杂氧化物淀积8、覆盖氧化反应9、掺杂物驱入9. 名词解释:结深、退火、RTP、RTA、RTO、合金化热处理结深:如果扩散杂质与硅衬底原有杂质的导电类型不同,在两种杂质浓度的相等处会形成PN结,此深度为结深。
退火:将注有离子的硅片在一定温度下,经过适当时间的热处理,则硅片中的损伤就可能部分或大部分得到消除,载流子寿命以及迁移率也会不同程度的恢复,掺杂原子得到一定比例的电激活。
这样的过程叫热退火。
RTP:快速加热工艺。
是一种升温速度非常快的,保温时间很短的热处理方式。
RTA:快速加热退火系统。
高温退火消除损伤恢复单晶结构并激活掺杂原子RTO:快速加热氧化。
合金化热处理:利用热能使不同原子彼此结合成化学键而形成金属合金的一种加热工艺。
第六章光刻工艺1. 列出光刻胶的四种成分【填空】聚合物、感光剂、溶剂和添加剂2. 光刻工艺3个主要过程【填空】光刻胶涂敷、曝光和显影3.显影工艺的3个过程【填空】显影、硬烘烤和图形检测4. 列出4种曝光技术,并说明那种分辨率最高,说明各种曝光技术的优缺点。
1、接触式曝光:分辨率较高,可在亚微米范围内。
接触时的微粒会在晶圆上产生缺陷,光刻版的寿命也会减短。
2、接近式曝光:光刻板寿命长,分辨率在2UM。
3、投影式曝光:解决了微粒污染,可以整片曝光,但是分辨率较低。
4、步进式曝光:分辨率高,nm级,无微粒污染。
但是不能整片曝光,价格昂贵。
步进式曝光的分辨率最高。
5. 光刻工艺的8道工序八道工序:晶圆清洗、预烘培和底漆涂敷、光刻胶自旋涂敷、软烘烤、对准和曝光、曝光后烘烤,以及显影、硬烘烤和图形检测6. 软烘烤的目的是什么?列出烘烤过度和不足会产生什么后果?目的:将光刻胶从液态转变为固态,增强光刻胶在晶体表面的附着力。
使光刻胶含有5%-20%的残余溶剂。
不足后果:1、光刻胶在后续工艺中因为附着力不足脱落2、过多的溶剂造成曝光不灵敏3、硬化不足,光刻胶会在晶圆表面产生微小震动,会在光刻胶上面产生模糊不清的图像。
过度后果:光刻胶过早聚合和曝光不灵敏解释曝光后烘烤的目的。
PEB(曝光后烘烤)烘烤过度和不足会产生什么问题?目的:降低驻波效应不足:无法消除驻波效应,影响分辨率。
过度:造成光刻胶的聚合作用,影响显影过程,导致图形转移失败。
解释硬烘烤的目的。
光刻胶硬烘烤过度和不足会产生什么问题?目的:除去光刻胶内的残余溶剂、增加光刻胶的强度,并通过进一步的聚合作用改进光刻胶的刻蚀与离子注入的抵抗力。
增强了光刻胶的附着力。
过度:影响光刻技术的分辨率。
不足:光刻胶强度不够7.什么是驻波效应?如何减小驻波效应驻波效应:当曝光的光纤从光刻胶与衬底的界面反射时,会与入射的曝光光线产生干涉,会使曝光过度和不足的区域形成条纹状结构。
办法:1、光刻胶内加染料可以减小反射强度。
2、经验表面淀积金属薄膜与电介质层作为抗反射镀膜减少晶圆表面的反射。
3、采用有机抗反射镀膜层。
4、通过曝光后烘烤降低。
8.名词解释:光刻技术、正光刻胶、负光刻胶、PSM移相掩膜、OPC光学临界校正、离轴照明、浸入式光刻光刻技术:图形化工艺中将设计好的图形从光刻板或背缩光刻板转印到晶圆表面的的光刻胶上使用的技术。
正光刻胶:曝光区域变软并最后被溶解。
负胶则相反。
PSM移相掩膜:相移掩膜上的电介质层在光刻版上开口部分以间隔的方式形成相移图形,通过没有相移涂敷开口部分的光线,会与通过有相移涂敷开口的光线产生破坏性干涉,相反的相移会在高密度排列区形成非常清晰的图像。
Opc光学临界校正:补偿当图形尺寸和曝光光线尺寸临近时所产生的衍射效应。
离轴照明:通过使用光圈将入射光以一定角度入射到光学系统的透镜上,收集光刻板上光栅的一级衍射,提高分辨率。
浸入式光刻:通过在物镜和晶圆表面空隙之间填充离子水以提高光刻分辨率。