微电子工艺原理试题.pdf

微电子工艺原理微电子工艺原理 一 单项选择一 单项选择 1 The most common reticle reduction ratio used with step and scan exposure tools is a 1 1 and 4 1 b 1 1 and 5 1 c 4 1 and 5 1 d 4 1 2 Which of the following processes are performed in the diffusion area Circle all that apply a wafer cleans b high temperature processing c metallization d polishing e photoresist stripping 3 What are the three production areas where photoresist coated wafers can be found a diffusion b photolithography c etch d implant e thin films f polish 4 Which of the following is not a common production tool in the thin films area a plasma resist stripper b CVD systems C PVD systems d rapid thermal anneal system e sputtering system f spin on glass dispense system 5 What does the term CMP stand for a chemically modulated photostabilizer b chemical mechanical propellant c chemicaly manipulated plasma d chemical mechanical planarization 6 What is another name for CMP a etch b implant c polish d diffusion 7 The term WET stands for a wafer etch technology b wet etch for titanium contancts c wafer elastomeric treatment d wafer electrical test 8 The data obtained from wafer test sort is used to a determine which wafers need to go through WET b determine which wafers need to go through backgrind c determines the die yield for each wafer d calculate cycle time for wafer production 9 The wafer is tested twice in order to determine its product worthiness a once after first metal etch and after the completion of the last wafer process step b once before the contanct etch and after the completion of the wafer process flow c once after the first ion implant and after the completion of the wafer process flow d once at wafer test sort and after die separation 10 The purpose of the contanct formation process is to a insulate all exposed silicon areas of the wafer b form metal contacts on all active areas of the silicon c create barriers for charge carriers between transistors d form metal contacts on all exposed areas of silicon dioxide 11 What are the reasons for the thermal anneal process after ion implantation a Annealing ensures that the silicon is ready to bond with the implanted tungsten b Annealing the wafer after implant prepares the silicon for the STI etch process c Anneal drives dopants further into the silicon and recrystalizes the substrate d Anneal helps clean off residual oxide from the silicon substrate 12 What is shallow trench isolation STI a STI utilizes an older selective oxidation technique to isolate transistors b STI forms oxide structures atop the substrate to isolate neighboring transistors c STI forms windows in a nitride mask which allow some silicon to be oxidazed d STI uses oxide filled trenches to isolate transistors from each other 二 二 翻译并解释翻译并解释 1 active region 有源区 有源区 硅片上做有源器件的区域 有源区主要针对 MOS 而言 不同掺杂可形成 n 或 p 型有 源区 2 anneal 退火 将材料加热到适当温度 保持一定时间 然后缓慢冷却的热处理工艺 目的是消除缺陷 改 善性能 3 atmospheric pressure CVD APCVD 常压化学气相淀积 在常压下进行的一种化学气相淀积的一种方法 它设备比较简单 产量低 片内及片间均匀 性较差 台阶覆盖能力差 易产生雾状颗粒 粉末等 提高稀释气体流量和降低淀积温度 可以提高均匀性 4 damascene 大马士革工艺 在晶体管以及其他钛硅化物接触之间布金属连接线所用到的局部互连方法 5 diffusion 扩散 扩散是由粒子浓度较高的地方向着浓度较低的地方进行 从而使得粒子的分布逐渐趋于均 匀 浓度的差别越大 扩散越快 温度越高 扩散也越快 6 dry oxidation 干法氧化 干氧 Si 固 O2 气 SiO2 固 即在没有水汽的氛围里进行的热氧化 它具有氧化速度 慢 氧化层干燥 致密 均匀性 重复性好 与光刻胶的粘附性好的特点 7 epitaxial layer 外延层 在单晶衬底上生长的薄层单晶层 称为外延层 外延层有提高耐压同时降低导通电阻 降低 闩锁效应等作用 8 interlayer dielectric 层间介质 器件中不同的金属层之间的电绝缘层称为层间介质 ILD 充当两层导电金属或者相邻金属 线条之间的隔离膜 通常采用 SiO2 介电常数 39 40 之间 或者玻璃材料 9 magnetron sputtering 磁控溅射 磁控溅射是在靶的周围和后面装置了磁体以俘获并限制电子于靶的前面 这种设置增加了离 子在靶上的轰击率 增加了系统的淀积速率 10 polish 抛光 通过使硅片凸出的部分减薄到凹陷部分的厚度 以实现硅片表面平坦化 三 论述题三 论述题 1 列举等离子体辅助 CVD 的优点 它包括哪几种工艺 PECVD 有何优点和不足 答 1 等离子体辅助 CVD 的优点 工艺温度低 250 450 高的深宽比填隙能力 HDPCVD 淀积膜粘附性好 淀积速率高 膜针孔和空洞少 工艺温度低 应用广 2 在 CVD 中有两类等离子体工艺 等离子体增强 CVD PECVD 高密度等离子体 CVD HDPCVD 3 PECVD 的优点 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 缺点 填隙能力不足 2 描述 CVD 反应中的 8 个步骤 答 1 反应物的质量传输 2 薄膜先驱物反应 3 气体分子扩散 4 先驱物的吸附 5 先驱物扩散到衬底 6 表面反应 7 副产物的解吸附作用 8 副产物去除 3 例出光刻的 8 个步骤 并对每一步做出简要解释 答 1 气相成底膜处理 包括清洁 烘干 气相成底膜 采用六甲基二硅胺烷 增强表面与 光刻胶的粘附性 2 涂胶 在待光刻的硅片表面均匀地涂上一层光刻胶 要求粘附良好 均匀 3 前烘 软烘 90 100 使光刻胶干燥 以增强胶膜与硅片表面的粘附性和胶膜耐磨性 并使曝光时能进行充分的光化学反应 4 对准和曝光 将掩膜版图形转移到光刻胶 5 曝光后烘焙 6 显影 用化学显影剂溶解光刻胶上的可溶区域 7 坚膜烘焙 120 140 使胶膜与硅片间紧密粘附 防止胶层脱落 并增强胶膜本身的 抗蚀能力 8 显影后检查 发现错误一定纠正 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 答 干法刻蚀是指用腐蚀剂的气态分子与被腐蚀的衬底反应实现刻蚀 其目的是在涂胶的硅 片上正确复制掩膜图形 最后实现图形的步骤 优点 刻蚀剖面各向异性 具有非常好的侧壁剖面控制 好的 CD 控制 最小的 光刻胶脱落或粘附问题 好的片内 片间 批次间的刻蚀均匀性 较低的化学制品使 用和处理费用 不足 干法刻蚀对下层材料的差的刻蚀选择比 等离子体引起器件损伤和昂贵的设备 5 在等离子体刻蚀中影响腐蚀速率的各种因素 答 1 射频功率越高 腐蚀速率越快 但过高的功率会降低光刻胶的抗蚀性 导致腐蚀的 可控性变差 2 增加腐蚀气体流量 腐蚀速率相应增大 但流量过大会导致压力增高 使电子的自由程 缩短 气体的离化率变低 腐蚀速率反而会下降 3 衬底温度升高 腐蚀速率增大 为确保腐蚀的重复性 须精确控制反应室与衬底的温度 4 腐蚀气体种类和气体成份对腐蚀速率的影响较大 6 简述粒子注入设备中的扫描系统 扫描后需要什么后续处理 答 扫描方式分为两种 1 固定硅片 移动束斑 中低电流注入机 2 固定束斑 移 动硅片 大电流注入机 注入机中的扫描系统有 4 种类型 静电扫描 机械扫描 混合扫描 平行扫描 1 静电扫描 在 X Y 电极上加特定电压 使离子发生偏转 注入到固定的硅片上 2 机械扫描 离子束固定 硅片机械移动 3 混合扫描 硅片放置在轮盘上旋转 并沿 y 轴方向扫描 离子束在静电 或电磁 的作用 下沿 x 轴方向扫描 4 平行扫描 静电扫描的离子束与硅片表面不垂直 容易导致阴影效应 平行扫描的离 子束与硅片表面的角度小于 0 5 度 因而能够减小阴影效应和沟道效应 平行扫描中 离子 束先静电扫描 然后通过一组磁铁 调整它的角度 使其垂直注人硅片表面 其后续处理包括 1 硅片冷却 离子束轰击硅片 导致硅片温度升高 硅片冷却系统用来控制温度 防止 出现由加热引起的问题 硅片冷却的两种技术 气冷和橡胶冷却 气冷的硅片被封在压板上 气体被送到硅片后面 成为热传导通道 把热量从硅片传到压板 橡胶冷却的金属压板上覆 盖了一薄层橡胶材料 与硅片的背面接触 最大限度地在硅片和压板之间传热 2 硅片充电 在注入过程中 离子束撞击硅片导致正离子在掩蔽层上的积累 解决方法 电子喷淋 向硅片表面喷发低能电子 等离子喷淋 四 简答题四 简答题 1 什么叫集成电路 写出集成电路发展的五个时代及晶体管的数量 集成电路 integrated circuit 是一种通过一系列特定的加工工艺 将晶体管 二极 管等有源器件和电阻 电容等无源器件 按照一定的电路互连 集成 在一块半导体单 晶片 如 Si GaAs 上 封装在一个外壳内 执行特定电路或系统功能的微型电子器件 或部件 集成电路发展的五个时代 按集成度划分 1 小规模集成电路 Small Scale IC SSI 晶体管数量109 2 写出 IC 制造的 个步骤 1 硅片制备 Wafer preparation 晶体生长 滚圆 切片 抛光 2 硅片制造 Wafer fabrication 清洗 成膜 光刻 刻蚀 掺杂 3 硅片测试 拣选 Wafer test sort 测试 拣选每个芯片 4 装配与封装 Assembly and packaging 沿着划片槽切割成芯片 压焊和包封 5 终测 Final test 电学和环境测试 3 写出半导体产业发展方向 什么是摩尔定律 1 提高性能 Increase in Chip Performance a 关键尺寸 Critical Dimension CD 或特征尺寸 Feature Size 或线宽 b 每块芯片的元件数 Components per Chip c 功耗 Power Consumption 2 提高可靠性 Increase in Chip Reliability 3 降低价格 Reduction in Chip Price 摩尔定律 其内容是 硅集成电路按照 4 年为一代 每代的芯片集成度要翻两番 工艺线宽约缩小 30 IC 工作速度提高 1 5 倍等发展规律发展 主要有以下三种 版本 1 芯片上所集成的晶体管的数目 每隔 18 个月就翻一番 2 微处理器的性能每隔 18 个月提高一倍 而价格下降一倍 3 用一个美元所能买到的电脑性能 每隔 18 个月翻两番 4 什么是特征尺寸 CD 特征尺寸 CD 集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸 它是衡量集成电路设 计和制造水平的重要尺度 关键尺寸越小 芯片的集成度越高 速度越快 性能越好 5 什么是 More moore 定律和 More than Moore 定律 More Moore 是指继续遵循 Moore 定律 芯片特征尺寸不断缩小 Scaling down 以满足处理器和内存对增加性能 容量和降低价格的要求 它包括了两方面 从几何学角 度指的是为了提高密度 性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小 以及与此关联的 3D 结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能 More Than Moore 指的是用各种方法给最终用户提供附加价值 不一定要缩小 特征尺寸 如从系统组件级向 3D 集成或精确的封装级 SiP 或芯片级 SoC 转移 它更强 调功能多样化 更注重所做器件除了运算和存储之外的新功能 如各种传感功能 通讯 功能 高压功能等 以给最终用户提供更多的附加价值 以价值优先和功能多样化为目 的的 More Than Moore 不强调缩小特征尺寸 但注重系统集成 在增加功能的同时 将系统组件级向更小型 更可靠的封装级 SiP 或芯片级 SoC 转移 6 例举得到半导体级硅的三个步骤 半导体级硅的纯度能达到多少 50 分 答 1 制备半导体级硅的过程 a 制备冶金级硅 SiC s SiO2 s Si l SiO g CO g b 化学反应提纯生成三氯硅烷 Si s 3HCl g SiHCl3 g H2 g heat c 生产半导体级硅 2SiHCl3 g 2H2 g 2Si s 6HCl g 2 半导体级硅的纯度能达到 99 9999999 7 将圆柱形的单晶硅锭制备成硅片需要哪些工艺流程 30 分 答 晶体生长 整型 切片 磨片倒角 腐蚀 抛光 清洗 检查 包装 8 硅片如何标识和定位 MOS 二极管 BJT 分别使用哪种类型的硅片 答 p 型 111 p 型 100 n 型 111 n 型 100 MOS 100 二极管 111 BJT 111 9 在 CMOS 制作过程中 金属 1 如何互连 答 淀积 Ti 使钨塞和下一层金属良好键合 层间介质良好键合 Al Au 合金 加入铜抗电迁移 TiN 作为下一次光刻的抗反射层 金属刻蚀 10 热氧化有哪些类型 它们之间有何区别 1 干氧 Si O2 SiO2 氧化速度慢 氧化层干燥 致密 均匀性 重复性好 与光刻胶的粘附性好 2 水汽氧化 Si H2O SiO2 固 H2 气 氧化速度快 氧化层疏松 均匀性差 与光刻胶的粘附性差 3 湿氧 氧气携带水汽 故既有 Si 与氧气反应 又有与水汽反应 氧化速度 氧化质量介于以上两种方法之间 11 例举并讨论引入铜金属化的五大优点 铝铜合金相比纯铝有什么特点 答 铜金属化的五大优点 1 电阻率小 减少 RC 延迟 增加芯片速度 2 减小线宽 较低功耗 3 集成度提高 金属层可减少 4 良好的抗电迁移能力 5 采用双大马士革 更少的工艺步骤 铝铜合金的特点 1 抗电迁移能力强 2 通过热处理 减小膜中小丘的产生 对多层布线有利 三明治结构 五 举例回答和说明五 举例回答和说明 1 描述化学机械平坦化工艺 答 化学机械平坦化工艺通过比去除低处图形更快的速率去除高处图形以获得均匀表面 是 一种化学和机械作用结合的平坦化过程 CMP 是表面全局平坦化技术 CMP 技术平坦化后台 阶高度可控制到 50 左右 CMP 技术的优点 a 全局平坦化 b 平坦化不同的材料 c 平坦化多层材料 d 减小严重表面起伏 e 制作金属图形的方法之一 f 改善台阶覆盖 g 不使用危险气体 h 减薄表面材料去除表面缺陷 CMP 技术的缺点 a 新技术 工艺难度稍大 b 引入新缺陷 c 设备昂贵 2 传统的平坦化技术有哪些 答 1 反刻 通过比刻蚀牺牲填充材料更快的刻蚀速率来刻蚀减小台阶的高度的平坦化方 法 反刻不能实现全局平坦化 反刻无需掩膜版 2 玻璃回流 利用 BPSG 的流动性来平坦化 玻璃回流能获得部分平坦化 3 旋涂膜层 旋涂液体材料并利用离心力来填充图形低处 获得平坦化效果 该技术在 ILD 的低 k 介质膜中具有很大的应用前景 3 为什么要进行硅片拣选测试 它的目标是什么 答 硅片拣选测试的目的是检验硅片上哪些器件正常工作 其目标是 1 芯片功能 检验所有芯片功能的操作 确保只有好的芯片被送到装配和封装的下一个 IC 生产阶段 2 芯片分类 通过工作速度特性对好的芯片进行分类 3 生产成品率响应 提供重要的生产成品率信息 以评估和改善整体制造工艺的能力 4 测试覆盖率 用最小的成本得到较高的内部器件测试覆盖率 4 什么是硅片拣选成品率 影响硅片拣选测试成品率的因素有哪些 答 硅片拣选成品率指通过硅片拣选测试的合格芯片所占的百分比 好的芯片数 硅片拣选测试成品率 总芯片数 影响硅片拣选测试成品率的设计和制作因素有 a 硅片直径的增大 b 芯片尺寸的增加 c 工艺步数的增加 d 特征尺寸的减小 e 工艺的成熟 f 晶体缺陷 5 传统的集成电路封装材料有哪些 并举例说明其代表 答 1 塑料封装 使用环氧树脂聚合物将已完成引线键合的芯片和模块化工艺的引线框架 完全包封 优点 管脚成型灵活 成本低 重量轻 缺点 密封性 典型的封装形式 2 陶瓷封装 耐熔陶瓷和薄层陶瓷 优点 密封性好 高可靠性 大功率 缺点 成本较高 缺点 成本较高 耐熔陶瓷的问题 高收缩性 公差难于控制 高介电常数 增加寄生电容 影响高频信号 氧化铝的导电率 信号延迟 耐熔陶瓷 陶瓷针栅阵列 Pin Grid Array PGA 薄层陶瓷 CERDIP 封装 陶瓷双列直插 6 列举硅片制造过程中沾污的类型 又有哪些沾污源 答 净化间沾污分为 5 类 1 颗粒 2 金属杂质 3 有机物沾污 4 自然氧化层 5 静电释放 硅片生产厂房的 7 中沾污源为 1 空气 2 人 3 厂房 4 水 5 工艺用化学品 6