半导体工艺及芯片制造技术问题答案(全)(5)

7、名词解释：CVD、LPCVD、PECVD、VPE、BPSG。（将这些名词翻译成中文并做出解释）（10分）

（1）CVD、化学气相淀积（Chemical Vapor Deposition）是指利用热 能、辉光放电等离子体或其它形式的能源，使气态物质在固体 的热表面上发生化学反应并在该表面上淀积，形成稳定的固态 物质的工艺过程。

（2）低压CVD（LPCVD）装片； 炉子恒温并对反应室抽真空到1.3 Pa ；充N2 气或 其它惰性气体进行吹洗；再抽真空到1.3 Pa ；完成淀积；关闭所有气流，反应室重新抽到1.3 Pa ；回充N2 气到常压，取出硅片。

（3）等离子体增强CVD（PECVD）淀积温度低，冷壁等离子体反应，产生颗粒少，需要 少的清洗空间等等离子体辅助CVD的优点。 （4）VPE气相外延：硅片制造中最常用的硅外延方法是气相外延，属于CVD范畴。在温度为800-1150℃的硅片表面通过含有所需化学物质的气体化合物，就可以实现气相外延。

（5）BPSG： 硼磷硅玻璃（boro-phospho-silicate-glass，BPSG）： 这是一种掺硼的SiO2玻璃。可采用CVD方法（SiH4+O2+PH3+B2H6，400oC~450oC）来制备。BPSG与PSG（磷硅玻璃）一样，在高温下的流动性较好，广泛用作为半导体芯片表面平坦性好的层间绝缘膜 8、质量输运限制CVD和反应速度限制CVD工艺的区别？（10分） 1、质量传输限制淀积速率 淀积速率受反应物传输速度限制，即不能提供足够的反应物到衬底表面，速率对温度不敏感（如高压CVD）。

2、反应速度限制淀积速率

淀积速率受反应速度限制，这是由于反应温度或压力过低(传输速率快)，提供驱动反应的能量不足，反应速率低于反应物传输速度。 可以通过加温、加压提高反应速度。

9、采用LPCVD TEOS淀积的是什么膜？这层膜的优点是什么？（10

分）

多晶硅薄膜

用TEOS(正硅酸乙酯）-臭氧方法淀积SiO2 Si（C2H5O4）＋8O3 SiO2＋10H2O＋8CO2 优点：a、低温淀积；

b、高的深宽比填隙能力； c、避免硅片表面和边角损伤；

第十二章 金属化 第十八章 化学机械平坦化

1.解释下列名词：互连、接触、通孔和填充塞（第十二章）（10分）

（1）互连:由导电材料，如铝、多晶硅和铜制成的连线将电信号传输到芯片的不同部分。互连也被用于芯片上器件和器件整个封装之间的金属连接。（2）接触:硅芯片内部的器件与第一金属层间在硅片表面的连接。（3）通孔:穿过各种介质从某一金属层到毗邻金属层形成电

通路的开口。（4）填充薄膜:用金属薄膜填充通孔以便在两层金属间形成电连接

2.例举并描述金属用于硅片制造的7种要求。（第十二章）（10分）

答：金属用于硅片制造的七个要求：1.导电率：为维持电性能的完整性，必须具有高电导率，能够传导高电流密度。2.粘附性：能够粘附下层衬底，容易与外电路实现电连接。与半导体和金属表面连接时接触电阻低。 3.淀积：易于淀积并经相对的低温处理后具有均匀的结构和组分（对于合金）。能够为大马士革金属化工艺淀积具有高深宽比的间隙。4.刻印图形/平坦化：为刻蚀过程中不刻蚀下层介质的传统铝金属化工艺提供具有高分辨率的光刻图形；大马士革金属化易于平坦化。5.可靠性：为了在处理和应用过程中经受住温度循环变化，金属应相对柔软且有较好的延展性。6.抗腐蚀性：很好的抗腐蚀性，在层与层之间以及下层器件区具有最小的化学反应。7.应力：很好的抗机械应力特性以便减少硅片的扭曲和材料失效，比如断裂、空洞的形成和应力诱导腐蚀。

3.解释铝已经被选择作为微芯片互连金属的原因（第十二章）（10分）

答：（1）铝与P型硅及高浓度N型硅均能形成低欧姆接触；（2）电阻率低 (3）与SiO2粘附性强，无需粘附层-----铝很容易和二氧化硅反应，加热形成氧化铝；（4）能单独作为金属化布线，工艺简单；（5）

能用电阻丝加热蒸发，工艺简单；（6）铝互连线与内引线键合容易；（7）能轻易淀积在硅片上，可用湿法刻蚀而不影响下层薄膜。综上所述，在硅IC制造业中，铝和它的主要过程是兼容的，电阻低，可不加接触层、粘附层和阻挡层等，工艺简单，产品价格低廉。

4.例举并讨论引入铜金属化的五大优点（第十二章）（10分） 1.答：1.电阻率的减小。在20℃时，互连金属线的电阻率从铝的2.65μΩ-㎝减小到铜的1.678μΩ-㎝，减少RC延迟，增加芯片速度；2.减少了功耗。减少了线的宽度，降低了功耗；3.更高的集成密度。更窄的线宽，允许更高密度的电路集成，这意味着需要更少的金属层。4.良好的抗电迁徙性能。铜不需要考虑电迁徙问题。5.更少的工艺步骤。用大马士革方法处理铜具有减少工艺步骤20%到30%的潜力。

5.什么是阻挡层金属？阻挡层材料的基本特征是什么？哪种金属常被用作阻挡层金属？（第十二章）（15分）

答：阻挡层金属是淀积金属或金属塞，作用是阻止层上下的材料互相混合。 可接受的阻挡层金属的基本特征是：①好的阻挡扩散特性；②高电导率具有很低的欧姆接触电阻；③与半导体和金属接触良好；④抗电迁移；⑤膜薄和高温下稳定性好；⑥抗腐蚀和氧化。通常用作阻挡层的金属是一类具有高熔点且被认为是难熔的金属。在硅片制造业中，用于多层金属化的普通难熔金属有钛、钨、钽、钼、钴和铂。难溶金属已经被用于硅片制造业，如双极工艺的肖特基势垒二极管的

形成。钛钨和氮化钛也是两种普通的阻挡层金属材料，它们禁止硅衬底和铝之间的扩散。

6.什么是硅化物？难熔金属硅化物在硅片制造业中重要的原因是什么？（第十二章）（10分）

答：硅化物是难熔金属与硅反应形成的金属化合物，是一种具有热稳定性的金属化合物，并且在硅/难熔金属的分界面具有低的电阻率。难熔金属硅化物的优点和其作用：1、降低接触电阻，2、作为金属与有源层的粘合剂。3、高温稳定性好，抗电迁移性能好4、可直接在多晶硅上淀积难熔金属，经加温处理形成硅化物，工艺与现有硅栅工艺兼容。

7.描述RF溅射系统。（第十二章）（15分）

答：在RF溅射系统中，等离子体是由RF场而非DC场产生的。RF频率通常为13.56MHz，加在靶电极的背面并通过电容耦合到前面。等离子体中的电子和离子都处在RF场得作用之下，但由于高频的缘故，电子的响应最强烈。腔体和电极的作用像一个二极管产生大量的电子流，导致负电荷堆积在靶电极上。这些负电荷（自由偏置产生）吸引正的氩离子引起对绝缘或非绝缘靶材料的溅射。硅片能够被电偏置在与氩离子不同的场势。加在硅片上的偏置引起氩原子直接轰击硅片。RF偏置允许露在外面的硅片被刻蚀和清理。实际上，由于RF溅射系统的溅射产额不高，导致它的淀积速率低，因此应用受到限制。有靶发射的许多二次电子穿过放射区，对等离子体的产生没有贡献。

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