1、微電子工藝引論硅片、芯片的概念硅片：制造電子器件的基本半導(dǎo)體材料硅的圓形單晶薄片芯片：由硅片生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品*什么是微電子工業(yè)技術(shù)？微電子工業(yè)技術(shù)主要包括哪些技術(shù)？微電子工藝技術(shù)：在半導(dǎo)體材料芯片上采用微米級(jí)加工工藝制造微小型化電子元器件和微型化電路技術(shù)。包括超精細(xì)加工技術(shù)、薄膜生長(zhǎng)和控制技術(shù)、高密度組裝技術(shù)、過(guò)程檢測(cè)和過(guò)程控制技術(shù)等集成電路制造涉及的5個(gè)大的制造階段的內(nèi)容集成電路制造階段：硅片制備、芯片制造、芯片測(cè)試/揀選、裝配與封裝、終測(cè)IC工藝前工序，IC工藝后工序，以及IC工藝輔助工序IC工藝前工序：薄膜制備技術(shù)：主要包括外延、氧化、化學(xué)氣相淀積、物理氣相淀積(如濺射、蒸發(fā)) 等摻雜技

2、術(shù)：主要包括擴(kuò)散和離子注入等技術(shù)圖形轉(zhuǎn)換技術(shù)：主要包括光刻、刻蝕等技術(shù)IC工藝后工序：劃片、封裝、測(cè)試、老化、篩選IC工藝輔助工序：超凈廠房技術(shù)；超純水、高純氣體制備技術(shù)；光刻掩膜版制備技術(shù)；材料準(zhǔn)備技術(shù)微芯片技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)提高芯片性能（速度、功耗）提高芯片可靠性（低失效）降低芯片成本（減小特征尺寸，增加硅片面積，制造規(guī)模）什么是關(guān)鍵尺寸（CD）？芯片上的物理尺寸特征稱為特征尺寸特別是硅片上的最小特征尺寸，也稱為關(guān)鍵尺寸或CD半導(dǎo)體材料本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體的區(qū)別是什么？本征半導(dǎo)體：不含任何雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體，其純度在99.999999%（810個(gè)9）為何硅被選為最主要的半導(dǎo)體材料？硅材料

3、：硅的豐裕度制造成本低熔點(diǎn)高(1412 OC)更寬的工藝限度和工作溫度范圍SiO2的天然生成GaAs相對(duì)硅的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)各是什么？?jī)?yōu)點(diǎn)：比硅更高的電子遷移率，高頻微波信號(hào)響應(yīng)好無(wú)線和高速數(shù)字通信抗輻射能力強(qiáng)軍事和空間應(yīng)用電阻率大器件隔離容易實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管和激光器主要缺點(diǎn)沒(méi)有穩(wěn)定的起鈍化保護(hù)作用的自然氧化層晶體缺陷比硅高幾個(gè)數(shù)量級(jí)成本高圓片的制備兩種基本的單晶硅生產(chǎn)方法直拉法（CZ法）、區(qū)熔法晶體缺陷根據(jù)維數(shù)可分為哪四種？點(diǎn)缺陷空位、自填隙等線缺陷位錯(cuò)面缺陷層錯(cuò)體缺陷*畫(huà)出圓片制備的基本工藝步驟流程圖，并給出其任意三個(gè)步驟的主要作用晶體生長(zhǎng)、整型、切片、磨片倒角、刻蝕、拋光、清洗、檢查、包裝磨片和

4、倒角：切片完成后，傳統(tǒng)上要進(jìn)行雙面的機(jī)械磨片以除去切片時(shí)留下的損傷，達(dá)到硅片兩面高度的平行及平坦；硅片邊緣拋光修整（又叫倒角）可使硅片邊緣獲得平滑的半徑周線切片：對(duì)于200mm的硅片，切片是用帶有金剛石切割邊緣的內(nèi)圓切割機(jī)來(lái)完成的。對(duì)于300mm的硅片，用線鋸來(lái)切片。厚度一般在77525微米清洗：半導(dǎo)體硅片必須被清洗使得在發(fā)送給芯片制造廠之前達(dá)到超凈的潔凈狀態(tài)沾污控制凈化間污染分類凈化間沾污、顆粒、金屬雜質(zhì)、有機(jī)物沾污、自然氧化層、靜電釋放（ESD）半導(dǎo)體制造中，可以接受的顆粒尺寸的粗略法則必須小于最小器件特征尺寸的一半金屬污染的主要來(lái)源化學(xué)溶液半導(dǎo)體制造中的各種工序，如:離子注入化學(xué)品與傳輸

5、管道反應(yīng)化學(xué)品與容器反應(yīng)*超凈服的目標(biāo)超凈服系統(tǒng)的目標(biāo)是滿足以下職能標(biāo)準(zhǔn):對(duì)身體產(chǎn)生的顆粒和浮質(zhì)的總體抑制超凈服系統(tǒng)顆粒零釋放對(duì)ESD的零靜電積累無(wú)化學(xué)和生物殘余物的釋放什么是可動(dòng)離子污染可動(dòng)離子沾污（MIC）:金屬雜質(zhì)以離子形式出現(xiàn)，且是高度活動(dòng)性危害半導(dǎo)體工藝的典型金屬雜質(zhì)是堿金屬。如鈉，就是最常見(jiàn)的可移動(dòng)離子沾污物，而且移動(dòng)性最強(qiáng)靜電釋放的概念及帶來(lái)的問(wèn)題靜電釋放（ESD）:也是一種形式的沾污，因?yàn)樗庆o電荷從一個(gè)物體向另一個(gè)物體未經(jīng)控制地轉(zhuǎn)移，可能損壞芯片半導(dǎo)體制造中特別容易產(chǎn)生靜電釋放，因?yàn)楣杵庸け３衷谳^低的濕度中靜電釋放帶來(lái)的問(wèn)題：發(fā)生在幾個(gè)納秒內(nèi)的靜電釋放能產(chǎn)生超過(guò)1A的峰值電

6、流蒸發(fā)金屬導(dǎo)線和穿透氧化層擊穿柵氧化層的誘因吸附顆粒到硅片表面顆粒越小，靜電的吸引作用就越明顯器件特征尺寸的縮小，更需要嚴(yán)格控制硅片放電芯片生產(chǎn)廠房的7種污染源空氣、人、廠房、水、工藝用化學(xué)品、工藝氣體、生產(chǎn)設(shè)備硅片表面的顆粒數(shù)與工藝步驟數(shù)之間的關(guān)系圖硅片清洗目標(biāo)硅片清洗的目標(biāo)去除所有表面沾污顆粒、有機(jī)物、金屬、自然氧化層工藝腔內(nèi)的氣體控制工藝用氣體通常分為哪兩類？通用氣體：氧氣(O2)、氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、氦氣(He)和氬氣(Ar)，純度要控制在7個(gè)9（99.99999%）以上特殊氣體：指一些工藝氣體以及其它在半導(dǎo)體集成電路制造中比較重要的氣體，純度要控制在4個(gè)9 （99.99%）以

7、上常見(jiàn)的初級(jí)泵和高級(jí)泵常見(jiàn)的兩種初級(jí)泵：干性機(jī)械泵增壓/調(diào)壓泵：可處理大量氣體而不需要潤(rùn)滑劑，增壓器通常被稱為羅茨增壓泵常見(jiàn)的兩種高真空泵：加速分子泵（渦輪泵）：是一種多用途、可靠的潔凈泵，運(yùn)作機(jī)理是機(jī)械化的壓縮冷凝泵：是一種俘獲式泵，它通過(guò)使氣體凝結(jié)并俘獲在泵中的方式去除工藝腔體中的氣體質(zhì)量流量計(jì)（MFC）的概念利用氣體的熱傳輸特性，直接測(cè)量進(jìn)入腔體的質(zhì)量流量比率，來(lái)控制進(jìn)入腔體的氣流殘氣分析器（RGA）最常用的用途和基本構(gòu)成用途：用來(lái)檢驗(yàn)殘留在已清空系統(tǒng)中的氣體分子的類型、檢漏、工藝中的故障查詢基本構(gòu)成：一個(gè)離子發(fā)生器、一個(gè)孔徑、一個(gè)分析器和一個(gè)探測(cè)器。氧化氧化物的兩種生產(chǎn)方式熱氧化生長(zhǎng)、

8、淀積氧化層在芯片制造中有哪幾方面的應(yīng)用？保護(hù)器件免受劃傷和隔離污染限制帶電載流子場(chǎng)區(qū)隔離（表面鈍化）柵氧或儲(chǔ)存器單元結(jié)構(gòu)中的介質(zhì)材料摻雜中的注入掩蔽金屬導(dǎo)電層間的介質(zhì)層表面鈍化的概念SiO2可以通過(guò)束縛Si的懸掛鍵，從而降低它的表面態(tài)密度，這種效果稱為表面鈍化能防止電性能退化，并減少由潮濕、離子或其他外部污染物引起的漏電流的通路關(guān)于熱氧化的兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)干氧氧化在沒(méi)有水汽的氛圍里進(jìn)行，化學(xué)反應(yīng)方程式為：Si（固）+ O2（氣）SiO2（固）濕氧氧化有水汽參與，氧化反應(yīng)速率較快，化學(xué)反應(yīng)方程式為：Si（固）+ 2H2O（水汽）SiO2（固）+ 2H2（氣）*氧化物生產(chǎn)初始階段：O與Si反應(yīng)，在硅表

9、面生成二氧化硅生成繼續(xù)氧化：生成的SiO2將阻擋O原子與Si原子直接接觸，所以其后的繼續(xù)氧化是O2原子通過(guò)擴(kuò)散穿過(guò)已生成的二氧化硅層，向Si一側(cè)運(yùn)動(dòng)到達(dá)界面進(jìn)行反應(yīng)而增厚的線性階段氧化物生長(zhǎng)厚度：X=(B/A)t拋物線階段 X=(Bt)1/2X:氧化物生長(zhǎng)厚度B/A:為線性速率系數(shù)，溫度升高系數(shù)增大B：拋物線速率系數(shù)t：為生長(zhǎng)時(shí)間摻雜摻雜的兩種方法熱擴(kuò)散:利用高溫驅(qū)動(dòng)雜質(zhì)穿過(guò)硅的晶格結(jié)構(gòu)。這種方法受到時(shí)間和溫度的影響離子注入:a通過(guò)高壓離子轟擊把雜質(zhì)引入硅片b現(xiàn)代晶片制造中幾乎所有摻雜工藝都是使用離子注入列舉半導(dǎo)體制造中常用的四種雜質(zhì)，并說(shuō)明是N型還是P型。磷 N砷 N硼 P鎵 P擴(kuò)散發(fā)生需要

10、的兩個(gè)必要的條件濃度差、過(guò)程所必須得能量熱擴(kuò)散的三個(gè)步驟，以及它們的作業(yè)預(yù)淀積:為整個(gè)擴(kuò)散過(guò)程建立濃度梯度、爐溫一般8001000 0C推進(jìn)：將由預(yù)淀積引入的雜質(zhì)作為擴(kuò)散源，在高溫下進(jìn)行擴(kuò)散。目的是為了控制表面濃度和擴(kuò)散深度10001250 0C激活：稍為升高爐溫，使雜質(zhì)原子與晶格中的硅原子鍵合*離子注入的優(yōu)缺點(diǎn)離子注入的優(yōu)點(diǎn)：精確控制雜質(zhì)含量、很好的雜質(zhì)均勻性、對(duì)雜質(zhì)穿透深度有很好的控制、產(chǎn)生單一離子束、低溫工藝、注入的離子能穿過(guò)薄膜、無(wú)固溶度極限離子注入的主要缺點(diǎn)：高能雜質(zhì)離子轟擊硅原子將對(duì)晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷（可用高溫退火進(jìn)行修復(fù)）注入設(shè)備的復(fù)雜性（這一缺點(diǎn)被注入機(jī)對(duì)劑量和深度的控制能力及整

11、體工藝的靈活性彌補(bǔ)）重要的離子輸入?yún)?shù)劑量、射程劑量和能量的公式Q=(It)/(enA)I為束流，單位是庫(kù)侖每秒（安培）t為注入時(shí)間，單位是秒e是電子電荷，等于1.6 x 10-19庫(kù)侖n是離子電荷（比如B+等于1）A是注入面積，單位是cm2離子輸入設(shè)備的5個(gè)主要子系統(tǒng)離子源、引出電極（吸極）和離子分析器、加速管、掃描系統(tǒng)、工藝室退火的目的是什么？高溫退火和RTA哪個(gè)更優(yōu)越退火能夠加熱被注入硅片，修復(fù)晶格缺陷；還能使雜質(zhì)原子移動(dòng)到晶格點(diǎn)，將其激活RTA更優(yōu)越，此方法不會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)的擴(kuò)散，快速的升溫過(guò)程和短暫的持續(xù)時(shí)間能夠在晶格缺陷的修復(fù)、激活雜質(zhì)和最小化雜質(zhì)擴(kuò)散三者間取得優(yōu)化描述溝道效益?？刂茰?/p>

12、道效益的4種方法當(dāng)注入離子未與硅原子碰撞減速，而是穿透了晶格間隙時(shí)，就發(fā)生了溝道效應(yīng)4種方法：傾斜硅片、掩蔽氧化層、硅預(yù)非晶化、使用質(zhì)量較大的原子列舉10個(gè)使用離子注入的摻雜工藝深埋層、倒摻雜阱、穿通阻擋層、閾值電壓調(diào)整、輕摻雜漏區(qū)（LDD）、源漏注入、多晶硅柵、溝槽電容器、超淺結(jié)、絕緣體上硅（SOI）光刻光刻的概念及其本質(zhì)光刻指的是將圖形轉(zhuǎn)移到一個(gè)平面的任一復(fù)制過(guò)程光刻的本質(zhì)是把臨時(shí)電路結(jié)構(gòu)復(fù)制到以后要進(jìn)行刻蝕和離子注入的硅片上*光刻工藝的8個(gè)基本步驟氣相成底膜、旋轉(zhuǎn)涂膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)和曝光、曝光后烘焙、顯影、堅(jiān)膜烘焙、顯影檢查光刻膠的概念以及其目的光刻膠的概念：一種有機(jī)化合物，受紫外光曝光后

13、，在顯影液中的溶解度會(huì)發(fā)生變化光刻膠的目的將掩模版圖案轉(zhuǎn)移到硅片表面頂層的光刻膠中在后續(xù)工藝中，保護(hù)光刻膠下面的材料（如刻蝕或離子注入的阻擋層）光刻膠顯影參數(shù)顯影溫度、顯影時(shí)間、顯影液量、當(dāng)量濃度、清洗、排風(fēng)、硅片吸盤*正膠和負(fù)膠的顯影結(jié)果正性光刻膠：曝光區(qū)域溶解于顯影液，顯影后圖形與掩模版圖形一樣負(fù)性光刻膠：曝光區(qū)域不溶解于顯影液，顯影后圖形與掩模版圖形相反常用于光學(xué)光刻的兩種紫外光源汞燈準(zhǔn)分子激光反射切口、駐波的概念，抗反射涂層的作用反射切口：在刻蝕形成的垂直側(cè)墻表面，反射光入射到不需要曝光的光刻膠中就會(huì)形成反射切口駐波的概念：入射光與反射光發(fā)射干涉引起、引起隨光刻膠厚度變化的不均勻曝光抗

14、反射涂層的作用：減小光反射和阻止光干涉*分辨率的概念以及計(jì)算從早期的硅片制造以來(lái)光刻設(shè)備可分為哪五代？列舉任意兩種的優(yōu)越點(diǎn)接觸式光刻機(jī)、接近式光刻機(jī)、掃描投影光刻機(jī)、分步重復(fù)光刻機(jī)、步進(jìn)掃描光刻機(jī)接觸式光刻機(jī)：圖像失真小，圖形分辨率高接近式光刻機(jī)：掩模版不與光刻膠直接接觸，大大減小了沾污可能成功代替光學(xué)光刻技術(shù)的4種光刻技術(shù)極紫外（EUV）光刻技術(shù)角度限制投影電子束光刻技術(shù)（SCALPEL）離子束投影光刻技術(shù)（IPL）X射線光刻技術(shù)刻蝕刻蝕的概念及基本目的刻蝕：用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過(guò)程基本目的：在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩模圖形兩種基本的刻蝕工藝干法刻蝕、濕法腐蝕

15、等離子體的概念等離子體又叫做電漿，是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。選擇比的概念同一刻蝕條件下一種材料與另一種材料相比刻蝕速率快多少定義為被刻蝕材料的刻蝕速率與另一種材料的刻蝕速率的比*負(fù)載和微負(fù)載效益的概念負(fù)載效應(yīng)：要刻蝕硅片表面的大面積區(qū)域，則會(huì)耗盡刻蝕劑濃度使刻蝕速率慢下來(lái)；如果刻蝕的面積比較小，則刻蝕會(huì)快些微負(fù)載效應(yīng)（深寬比相關(guān)刻蝕（ARDE）具有高深寬比硅槽的刻蝕速率要比具有低深寬比硅槽的刻蝕速率慢干法刻蝕的應(yīng)用介質(zhì)：氧化物和氮化硅硅：多晶硅柵和單晶硅槽金屬：鋁和鎢濕法腐蝕相

16、比干法刻蝕的優(yōu)點(diǎn)對(duì)材料具有高的選擇比不會(huì)對(duì)器件帶來(lái)等離子體損傷設(shè)備簡(jiǎn)單淀積淀積膜的過(guò)程的三個(gè)不同階段晶核形成，成束的穩(wěn)定小晶核形成聚集成束，也稱為島生長(zhǎng)形成連續(xù)的膜化學(xué)氣相淀積（CVD）的概念，有哪五種基本化學(xué)反應(yīng)？化學(xué)氣相淀積（CVD）的概念：通過(guò)氣體混合的化學(xué)反應(yīng)在硅片表面淀積一層固體膜的工藝高溫分解、光分解、還原反應(yīng)、氧化反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)CVD中質(zhì)量傳輸限制和表面反應(yīng)控制限制的概念質(zhì)量傳輸限制：CVD反應(yīng)的速率不可能超過(guò)反應(yīng)氣體傳輸?shù)焦杵系乃俾薀o(wú)論溫度如何，若傳輸?shù)焦杵砻婕铀俜磻?yīng)的反應(yīng)氣體的量都不足。在此情況下，CVD工藝通常是受質(zhì)量傳輸所限制的表面反應(yīng)控制限制：在更低的反應(yīng)溫度和

17、壓力下，驅(qū)動(dòng)表面反應(yīng)的能量更小，表面反應(yīng)速度會(huì)降低反應(yīng)物到達(dá)表面的速度將超過(guò)表面化學(xué)反應(yīng)的速度這種情況下，淀積速度是受化學(xué)反應(yīng)速度限制的*APCVD TEOS-O3方法淀積SiO2的反應(yīng)方程式；用PECVD制備SiO2反應(yīng)方程式；LPCVD淀積多晶硅和PECVD淀積氮化硅的化學(xué)反應(yīng)方程式APCVD TEOS-O3方法：Si(C2H5O4) + 8O3 SiO2 + 10H2O + 8CO2PECVD：SiH4(氣態(tài))+2N2O(氣態(tài))SiO2(固態(tài))+2N2(氣態(tài))+2H2(氣態(tài))LPCVD:多晶硅：SiH4 (氣態(tài))Si(固態(tài))+2H2(氣態(tài))氮化硅：3SiCl2H2(氣態(tài))+4NH3(氣態(tài)

18、) Si3N4(固態(tài))+6HCl(氣態(tài))+6H2(氣態(tài))HDPCVD工藝的五個(gè)步驟離子誘導(dǎo)淀積：指離子被托出等離子體并淀積形成間隙填充的現(xiàn)象濺射刻蝕：具有一定能量的Ar和因?yàn)楣杵帽晃奖∧さ姆磻?yīng)離子轟擊表面并刻蝕原子再次淀積：原子從間隙的底部被剝離，通常會(huì)再次淀積到側(cè)壁上熱中性 CVD：這對(duì)熱能驅(qū)動(dòng)的一些淀積反應(yīng)有很小的貢獻(xiàn)；反射：離子反射出側(cè)壁，然后淀積，是另一種貢獻(xiàn)外延的概念，以及IC制作中一般采用的三種外延方法外延：在單晶襯底上淀積一層薄的單晶層三種外延方法:氣相外延（VPE）金屬有機(jī)CVD（MOCVD）分子束外延（MBE）*介質(zhì)材料的3個(gè)主要用途，其中哪個(gè)的發(fā)展趨勢(shì)是高K哪個(gè)是低

19、K？層間介質(zhì)（ILD） 低K柵氧化層 高K器件隔離*隨著特征尺寸的減少，門延遲與互連延遲分別怎么變化？門延遲降低、互連延遲增大金屬化金屬化，互連，接觸，通孔的概念金屬化：應(yīng)用化學(xué)或物理處理方法在絕緣介質(zhì)薄膜上淀積金屬薄膜隨后刻印圖形以便形成互連金屬線和集成電路的孔填充塞的過(guò)程互連（interconnect）：由導(dǎo)電材料，如鋁、多晶硅或銅制成的連線將電信號(hào)傳輸?shù)叫酒牟煌糠纸佑|（contact）硅芯片內(nèi)的器件與第一層金屬之間在硅表面的連接通孔（via）穿過(guò)各種介質(zhì)層從某一金屬層到毗鄰的另一金屬層形成電通路的開(kāi)口硅芯片制造業(yè)中各種金屬和金屬合金鋁、鋁銅合金、銅、阻擋層金屬、硅化物、金屬填充塞*I

20、C互連金屬化引入銅的優(yōu)點(diǎn)電阻率的減?。涸?0時(shí)，互連金屬線的電阻率從鋁的2.65 mW-cm 減小到銅的1.678 mW-cm ；減少RC的信號(hào)延遲，增加芯片速度功耗的減少：減小了線的寬度，降低了功耗更高的集成密度：更窄的線寬，允許更高密度的電路集成，這意味著需要更少的金屬層良好的抗電遷徒性能：銅不需要考慮電遷徒問(wèn)題更少的工藝步驟：用大馬士革 方法處理銅具有減少工藝步驟 20 to 30 %的潛力自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物的形成工藝剖面圖*用雙大馬士革法的銅金屬化的10個(gè)步驟器件技術(shù)簡(jiǎn)介無(wú)源元件和有源元件分別含哪些？無(wú)源元件：電阻、電容有源元件：二極管、晶體管增強(qiáng)型和耗盡型MOSFET的區(qū)別*CMOS反相器的頂視圖，剖視圖P54頁(yè)圖3.22 3.23CMOS集成電路制造工藝亞微米CMOS IC制造廠可分成哪六個(gè)獨(dú)立的生產(chǎn)區(qū)擴(kuò)散（包括氧化、膜淀積和摻雜工藝）、光刻、刻蝕、薄膜、離子注入、拋光*以雙阱工藝的CMOS反相器為例，CMOS制作的具體步驟，以及前六個(gè)步驟的剖面圖；或在完整剖面圖上表示各個(gè)步驟 的位置STI工藝的三個(gè)步驟及剖面圖槽刻蝕氧化物填充氧化物平坦化剖面圖PPT P22硅片