超迈光电细分半导体制造技术问题D部

第十三章、十四章、十五章 光刻

 

1.解释正性光刻和负性光刻的区别？（第十三章）为什么正胶是普遍使用的光刻胶？最常用的正胶是指哪些胶？（第十五章）（10分）

正性光刻把与掩膜版上相同的图形复制到硅片上，负性光刻把与掩膜版上图形相反的图形复制到硅片表面，这两种基本工艺的主要区别在于所用的光刻胶的种类不同。正刻胶在进行曝光后留下来的的光刻胶在曝光前已被硬化，它将留在硅片表面，作为后步工艺的保护层，不需要改变掩膜版的极性，并且负性光刻胶在显影时会变形和膨胀，所以正胶是普遍使用的光刻胶传统的I线光刻胶，深紫外光刻胶

2.解释什么是暗场掩模板。（第十三章）（5分）

 

暗场掩膜版是指一个掩膜版，它的石英版上大部分被铬覆盖，并且不透光

3.例出光刻的8个步骤，并对每一步做出简要解释。（第十三章）（15分）

第一步：气相成底膜处理，其目的是增强硅片和光刻胶之间的粘附性。

第二步：旋转涂胶，将硅片被固定在载片台上，一定数量的液体光刻胶滴在硅片上，然后硅片旋转得到一层均匀的光刻胶图层

第三步：软烘，去除光刻胶中的溶剂

第四步：对准和曝光，把掩膜版图形转移到涂胶的硅片上

第五步：曝光后烘培，将光刻胶在100到110的热板上进行曝光后烘培

第六步：显影，在硅片表面光刻胶中产生图形

第七步：坚膜烘培，挥发掉存留的光刻胶溶剂，提高光刻胶对硅片表面的粘附性

第八步：显影后检查，检查光刻胶图形的质量，找出有质量问题的硅片，描述光刻胶工艺性能以满足规范要求

4.在硅片制造中光刻胶的两种目的是什么？（第十三章）（5分）

一，将掩膜版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中

二，在后续工艺中，保护下面的材料

5.例举并描出旋转涂胶的4个基本步骤（第十三章）（5分）

1，分滴，当硅片静止或者旋转得非常缓慢时，光刻胶被分滴在硅片上

2，旋转铺开，快速加速硅片的旋转到一高的转速使光刻胶伸展到整个硅片表面

3，旋转甩掉，甩去多余的光刻胶，在硅片上得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层

4，溶剂挥发，以固定转速继续旋转已涂胶的硅片，直至溶剂挥发，光刻胶胶膜几乎干燥

6.描述曝光波长和图像分辨率之间的关系（第十四章）（5分）

 

减少曝光光源的波长对提高分辨率非常重要，波长的越小 图像的分辨率就越高 图像就越精确

7.例举并描述光刻中使用的两种曝光光源（第十四章）（5分）

汞灯，高压汞灯，电流通过装有氙汞气体的管子产生电弧放电，这个电弧发射出一个特征光谱，包括240纳米到500纳米之间有用的紫外辐射准分子激光，准分子是不稳定分子 是有惰性气体原子和卤素构成 只存在与准稳定激发态

8.光学光刻中影响图像质量的两个重要参数是什么？（第十四章）(5分）

4.分辨率和焦深

9.解释扫描投影光刻机是怎样工作的？扫描投影光刻机努力解决什么问题？（第十四章）（10分）

扫描投影光刻机的概念是利用反射镜系统把有1:1图像的整个掩膜图形投影到硅片表面，其原理是，紫外光线通过一个狭缝聚焦在硅片上，能够获得均匀的光源，掩膜版和带胶硅片被放置在扫描架上，并且一致的通过窄紫外光束对硅片上的光刻胶曝光 由于发生扫描运动，掩膜版图像最终被光刻在硅片表面。扫描光刻机主要挑战是制造良好的包括硅片上所有芯片的一倍掩膜版

10.光刻中采用步进扫描技术获得了什么好处？（第十四章）（5分）

增大了曝光场，可以获得较大的芯片尺寸，一次曝光可以多曝光些芯片，它还具有在整个扫描过程调节聚焦的能力

11.给出投影掩模板的定义。投影掩模板和光掩模板的区别是什么？（第十四章）（10分）

投影掩膜版是一种透明的平板，在它上面有要转印到硅片上光刻胶层的图形。投影掩膜版只包括硅片上一部分图形，而光掩膜版包含了整个硅片的芯片阵列并且通过单一曝光转印图形

12.解释光刻胶显影。光刻胶显影的目的是什么？（第十五章）(5分)

光刻胶显影是指用化学显影液溶解由曝光造成的光刻胶的可溶解区域，其主要目的是把掩膜版图形准确复制到光刻胶中

13.解释光刻胶选择比。要求的比例是高还是低？（第十五章）(5分)

光刻胶选择比是指显影液与曝光的光刻胶反应的速度快慢，选择比越高，反应速度越快，所以要比例高

14.例举出两种光刻胶显影方法。例举出7种光刻胶显影参数。（第十五章）（10分）

连续喷雾显影，旋覆浸没显影 显影温度，显影时间，显影液量，硅片洗盘，当量浓度，清洗，排风

第十六章 刻蚀

 

1.刻蚀工艺有哪两种类型？简单描述各类刻蚀工艺（10分）

刻蚀工艺：干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀是把硅片表面曝露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应（或这两种反应），从而去掉曝露的表面材料，一般用于亚微米尺寸。湿法刻蚀中，液体化学试剂（如酸、碱和溶剂等）以化学方式去除硅片表面的材料，一般用于尺寸较大的情况下（大于3微米）。

2.定义刻蚀速率并描述它的计算公式。为什么希望有高的刻蚀速率？（10分）

刻蚀速率=△T/t（A/min） △T=去掉材料的厚度 t=刻蚀所用的时间 高的刻蚀速率，可以通过精确控制刻蚀时间来控制刻蚀的厚度。

3.定义刻蚀选择比。干法刻蚀的选择比是高还是低？高选择比意味着什么？（10分）

刻蚀选择比SR=EF/Er EF=被刻蚀材料的速率 Er=掩蔽层材的刻蚀速率 干法刻蚀的选择比低 高选择比意味着只刻除想要刻去的那一层材料，一个高选择比的刻蚀工艺不刻蚀下面一层材料并且保护的光刻胶也未被刻蚀。

4.干法刻蚀的目的是什么？例举干法刻蚀同湿法刻蚀相比具有的优点。干法刻蚀的不足之处是什么？（10分）

干法刻蚀的主要目的是完整地把掩膜图形复制到硅片表面上。干法刻蚀的优点：1.刻蚀剖面是各向异性，具有非常好的侧壁剖面控制 2.好的CD控制 3.最小的光刻胶脱落或粘附问题 4.好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性 5.较低的化学制品使用和处理费用 缺点：对层材料的差的刻蚀选择比、等离子体带来的器件损伤和昂贵的设备

5.解释发生刻蚀反应的化学机理和物理机理。（15分）

在纯化学机理中，等离子体产生的反应元素（自由基和反应原子）与硅片表面的物质发生应。物理机理的刻蚀中，等离子体产生的带能粒子（轰击的正离子）在强电场下朝硅片表面加速，这些离子通过溅射刻蚀作用去除未被保护的硅片表面材料。

6.描述一个等离子体干法刻蚀系统的基本部件。二氧化硅、铝、硅和光刻胶刻蚀分别使用什么化学气体？（15分）

基本部件：发生刻蚀反应的反应腔，一个产生等离子体的射频电源，气体流量控制系统，去除刻蚀生成物和气体的真空系统。

氟刻蚀二氧化硅，氯和氟刻蚀铝，氯，氟和溴刻蚀硅，氧去除光刻胶

7.描述电子回旋共振（ECR）（10分）

ECR反应器在1~10毫托的工作压力下产生很密的等离子体。它在磁场环境中采用2.45GHZ微波激励源来产生高密度等离子体。ECR反应器的一个关键点是磁场平行于反应剂的流动方向，这使自由电子由于磁力的作用做螺旋运动。当电子的回旋频率等于所加的微波电场频率时，能有效地把电能转移到等离子体中的电子上。这种振荡增加了电子碰撞的可能性，从而产生高密度的等离子体，获得大的离子流。这些反应离子朝硅片表面运动并与表面层反应而引起刻蚀反应。

8.哪种化学气体经常用来刻蚀多晶硅？描述刻蚀多晶硅的三个步骤。（10分）

多晶硅等离子刻蚀用的化学气体通常是氯气、溴气或二者混合气体。刻蚀多晶硅的三步工艺：1.预刻蚀，用于去除自然氧化层、硬的掩蔽层和表面污染物来获得均匀的刻蚀。2.接下来的是刻至终点的主刻蚀。这一步用来刻蚀掉大部分的多晶硅膜，并不损伤栅氧化层和获得理想的各向异性的侧壁剖面。3.最后一步是过刻蚀，用于去除刻蚀残留和剩余多晶硅，并保证对栅氧化层的高选择比。这一步应避免在多晶硅周围的栅氧化层形成微槽。

9.叙述氮化硅的湿法化学去除工艺。（10分）

去除氮化硅使用热磷酸进行湿法化学剥离掉的。这种酸槽一般始终维持在160° C左右并对露出的氧化硅具有所希望的高选择比。用热磷酸去除氮化硅是难以控制的，通过使用检控样片来进行定时操作。在曝露的氮化硅上常常会形成一层氮氧化硅，因此在去除氮化硅前，需要再HF酸中进行短时间处理。如果这一层氮氧化硅没有去掉，或许就不能均匀地去除氮化硅

第十七章 离子注入

 

1.什么是掺杂？例举四种常用的掺杂杂质并说明它们是n型还是p型。（15分）

掺杂是把杂质引半导体材料的近体结构中，以改变它的电学性质（如电阻率）,并使掺入的杂质数量和分布情况都满足要求。

常用的掺杂杂质：硼（p型）、磷（n型）、锑（n型）、砷（n型）。

2.什么是结深？（10分）

硅片中p型杂质和n型杂质相遇的深度被称为结深。

3.例举并解释硅中固态杂质扩散的三个步骤。（15分）

硅中固态杂质扩散的三个步骤：

(1)预淀积:表面的杂质浓度浓度最高，并随着深度的加大而减小，从而形成梯度。这种梯度使杂质剖面得以建立

(2)推进:这是个高温过程，用以使淀积的杂质穿过硅晶体，在硅片中形成期望的结深

(3)激活:这时的温度要稍微提升一点，使杂质原子与晶格中的硅原子键合形成替位式杂质。这个过程激活了杂质原子，改变了硅的电导率。

4.例举离子注入工艺和扩散工艺相比的优点和缺点。（20分）

离子注入的优点：

(1)精确控制杂质含量和分布 （2）很好的杂质均匀性

（3）对杂质穿透深度有很好的控制 （4）产生单一离子束 （5）低温工艺

（6）注入的离子能穿透薄膜 （7）无固溶度极限

离子注入的缺点：

（1）高能杂质离子轰击硅原子将对晶体结构产生损伤 （2）注入设备的复杂性

5.例举离子注入设备的5个主要子系统。（15分）

（1）离子源：待注入物质必须以带电粒子束或离子束的形式存在。注入离子在离子源中产生

（2）引出电极（吸极）和离子分析器：传统注入机吸极系统收集离子源中产生的所有正离子并使它们形成粒子束，离子通过离子源上的一个窄缝得到吸收。

（3）加速管：为了获得更高的速度，出了分析器磁铁，正离子还要再加速管中的电场下进行加速

（4）扫描系统扫描在剂量的统一性和重复性方面起着关键租用。

（5）工艺室------离子束向硅片的注入发生在工艺腔中。

6.离子源的目的是什么？最常用的离子源是什么？（15分）

目的：使待注入的物质以带电粒子束的形式存在

最常用的源：Freeman离子源和Bernas离子源

7.解释离子束扩展和空间电荷中和。（10分）

由于电荷之间的相互排斥，所以一束仅包括正电荷的离子束本身是不稳定的，容易造成离子束的膨胀即离子束的直径在行进过程中不断的增大，最终导致注入不均匀。离子束可以用二次电子中和离子的方法缓解，被称为空间电荷中和

 

常用术语翻译

active region 有源区

2.active component有源器件

3.Anneal退火

4.atmospheric pressure CVD (APCVD) 常压化学气相淀积

5.BEOL（生产线）后端工序

6.BiCMOS双极CMOS

7.bonding wire 焊线，引线

8.BPSG 硼磷硅玻璃

9.channel length沟道长度

10.chemical vapor deposition (CVD) 化学气相淀积

11.chemical mechanical planarization (CMP)化学机械平坦化

12.damascene 大马士革工艺

13.deposition淀积

14.diffusion 扩散

15.dopant concentration掺杂浓度

16.dry oxidation 干法氧化

17.epitaxial layer 外延层

18.etch rate 刻蚀速率

19.fabrication制造

20.gate oxide 栅氧化硅

21.IC reliability 集成电路可靠性

22.interlayer dielectric 层间介质（ILD）

23.ion implanter 离子注入机

24.magnetron sputtering 磁控溅射

25.metalorganic CVD(MOCVD)金属有机化学气相淀积

26.pc board 印刷电路板

27.plasma enhanced CVD(PECVD) 等离子体增强CVD

28.polish 抛光

29.RF sputtering 射频溅射

30.silicon on insulator绝缘体上硅（SOI）