一、基本概念
1、硅片制备的基本工艺步骤 （1）从砂中提炼硅
（2）经适当工艺产生适当直径的硅锭（如拉单晶） （3）将硅锭切割成薄硅片
（4）对硅片进行倒角、刻蚀和抛光
（5）以硅片作为籽晶在其上生长一层外延硅层。
2、硅片外延生长（CVD）采用主要SI源材料
Si源气体：SiH4(硅烷),，SiH2Cl2(二氯硅烷),，SiHCl3(三氯硅烷)， SiCl4(四氯硅烷) 掺杂剂：N型掺杂剂-PH3, AsH3，P型掺杂剂-B2H6
3、硅片表面热氧化的主要原气体，热氧化时加入HCL气体的主要作用
? 干燥氧气
? 水汽（鼓泡器）
? 氢气和氧气，H2+O2→H2O
? 氯源，降低可动离子(Na+ 栅氧化层) －无水HCl
－三氯乙烯Trichloroethylene (TCE) 氧化速率与HCl掺杂氧化
? HCl is used to reduce mobile ion contamination ? Widely used for gate oxidation process
? Growth rate can increase from 1 to 5 percent
4、二氧化硅的主要作用
? 掺杂阻挡层 ? 表面钝化(保护)
– Screen oxide, pad oxide, barrier oxide
? 隔离层
– Field oxide and LOCOS
? 栅氧化层 名称 自然氧化层 屏蔽氧化层(保护) 掺杂阻挡层 场氧化层和LOCOS 衬垫氧化层(保护) 牺牲氧化层(保护) 栅氧化层 阻挡氧化层(保护) 应用 不希望的 注入隔离，减小损伤 掺杂掩蔽 器件隔离 为Si3N4提供应力减小 去除缺陷 用作MOS管栅介质 防止STI工艺中的污染 厚度 15-20A ~200A 400-1200A 3000-5000A 100-200A <1000A 30-120A 100-200A 说明 热生长 选择性扩散 湿氧氧化 热生长很薄 热氧化 干氧氧化 5、湿氧氧化与干氧氧化的化学方程式、区别及其应用 湿氧氧化：
? Si + 2H2O → SiO2 + 2H2
? At high temperature H2O is dissociated to H and H-O ? H-O diffuses faster in SiO2 than O2
? Wet oxidation has higher growth rate than dry oxidation 干氧氧化：
? Si+O2→SiO2
? O来源于提供的氧气 ? Si来源于衬底硅圆片
? O通过表面已有的氧化层向内扩散并与Si反应生长SiO2 ? 氧化薄膜越厚，生长速率越低 区别与应用：
? 干氧氧化，薄氧化层 －栅氧化层
－衬垫氧化层，屏蔽氧化层，牺牲氧化层，等等
? 湿氧氧化，厚氧化层 －场氧化层
－扩散掩膜氧化层
6、硅片表面热氧化速率与温度的关系，及其物理机理
? 氧化速率对温度很敏感，指数规律 ? 温度升高会引起更大的氧化速率升高
? 物理机理：温度越高，O与Si的化学反应速率越高；温度越高，O在SiO2中的扩
散速率越高。
7、热氧化过程中的杂质堆积与杂质耗尽
? N型杂质(P、As、Sb)在Si中的溶解度高于在SiO2中的溶解度，当SiO2生长时，
杂质向Si中移动，这引起杂质堆积或滚雪球效应 ? B倾向于向SiO2中运动，这引起杂质耗尽效应
8、RTO快速热处理的主要作用及其应用
? For gate oxidation of deep sub-micron device ? Very thin oxide film, < 30 ?
? Need very good control of temperature uniformity ? RTO will be used to achieve the device requirement.
9、真空蒸发法制备薄膜的基本过程
? 加热蒸发过程，对蒸发源加热，使其温度接近或达到蒸发材料的熔点，则固态源表
面的原子容易逸出，转变为蒸气。
? 原子或分子蒸气在蒸发源与衬底基片之间输运；飞行过程中会与真空室内的残余气
体分子发生碰撞，碰撞次数取决于真空度和源与衬底间距离；
? 被蒸发的原子或分子在衬底表面的淀积过程：凝结、成核、生长或成膜。由于衬底
温度低于蒸发源温度，同时被蒸发原子只具有很低能量，在衬底表面不具有运动能
力，直接凝结成膜。
10、高纯薄膜淀积必须在高真空度系统中进行的原因 CVD与PVD的区别 （1）防止被蒸发的原子或分子在输运过程中不断与残余气体分子碰撞；
（2）残余气体中的氧和水汽会使金属原子或分子在输运过程中发生氧化，同时也将使加热的衬底表面发生氧化；
（3）残余气体中所含杂质也会淀积到薄膜中，影响薄膜质量。
? CVD：衬底表面发生化学反应 ? PVD：衬底表面不发生化学反应
? CVD: 更好的台阶覆盖性 (50% to ~100%) 和空隙填充能力 ? PVD: 台阶覆盖性差 (~ 15%) 和空隙填充能力差 ? PVD 源: 固态材料 ? CVD 源: 气体或蒸汽
11、热氧化生长氧化层与CVD生长氧化层的区别
热氧化处理
CVD 热生长氧化层
裸硅片 CVD氧化层
12、列出IC芯片中三种CVD介质薄膜
? 浅槽隔离 (STI, USG) ? 侧墙隔离 (USG)
? 金属前介质 (PMD, PSG or BPSG) ? 金属间介质 (IMD, USG or FSG) ? 钝化介质 (PD, Oxide/Nitride)
PMD:pre-metal dielectric金属层与半导体间介质 IMD:inter-metal dieletric金属层间介质 PD:passivation dieletric钝化层 STI:浅槽隔离介质
13、扩散与离子注入的比较及其优缺点 扩散 高温，硬掩膜 900－1200 ℃ 各向同性 离子注入 低温，光刻胶掩膜 室温或低于400℃ 各向异性 不能独立控制结深和浓度 可以独立控制结深和浓度 14、离子注入的控制 ? 离子束流密度和注入时间控制杂质浓度 （注入离子剂量）
? 离子能量控制结深 ? 杂质分布各向异性
15、离子注入的两种阻止机制
? 核阻止
– 与晶格原子的原子核碰撞
– 大角度散射（离子与靶原子质量同数量级） – 可能引起晶格损伤（间隙原子和空位）.
? 电子阻止
– 与晶格原子的自由电子及束缚电子碰撞 – 注入离子路径基本不变 – 能量损失很少 – 晶格损伤可以忽略
16、离子注入中的沟道效应及避免方法
沟道效应：沟道中核阻止很小，电子密度也很低 避免沟道效应的方法 – 倾斜圆片, 7°最常用 – 屏蔽氧化层（无定形） – 注入前预先无定型处理
17、离子注入中的阴影效应及避免方法 阴影效应：离子受到掩膜结构阻挡 避免的方法：旋转圆片和注入后扩散
18、离子注入后退火的作用
? 杂质原子必须处于单晶结构中并与四个Si原子形成共价键才能被激活 ，donor
(N-type) 或acceptor (P-type)
? 高温热能帮助无定型原子恢复单晶结构
19、正性光刻胶与负性光刻胶的区别及其优缺点 Negative Photoresist 负性光刻胶－负胶 曝光后不可溶解 显影时未曝光的被溶解 便宜
20、光刻胶的基本化学组成
? 聚合物材料 ? 感光材料
Positive Photoresist 正性光刻胶－正胶 曝光后可溶解 显影时曝光的被溶解 高分辨率 ? 溶剂 ? 添加剂
21、现代工艺光刻的基本步骤 光刻基本步骤
? 涂胶 Photoresist coating
? 对准和曝光 Alignment and exposure ? 显影 Development 现代工艺：光刻步骤
22、四种曝光方式及其主要特点
? 接触式曝光机 ? 接近式曝光机 ? 投影式曝光机
? 步进式曝光机（Stepper） （1）接触式曝光机
? 设备简单
? 分辨率：可达亚微米
? 掩膜与圆片直接接触，掩膜寿命有限 ? 微粒污染 （2）接近式曝光机
? 掩膜与圆片表面有~ 10 um间距 ? 不直接接触 ? 较长的掩膜寿命 ? 分辨率: > 3 um （3）投影式曝光机
? 类似于投影仪
? 掩膜与晶圆图形 1:1 ? 分辨率：～1 um （4）步进式曝光机