集成电路制造工艺与原理期末答卷

精品文档 1欢迎下载 1 1 举例回答集成电路主要集成了哪些器件举例回答集成电路主要集成了哪些器件 5 5 分分 2 2 最少给出两个集成电路选用硅半导体的理由 最少给出两个集成电路选用硅半导体的理由 5 5 分分 3 3 在清洗过程中用到的进入冲洗池的纯净水的电阻在清洗过程中用到的进入冲洗池的纯净水的电阻 率率 在出水口处为多大时说明硅片已经在出水口处为多大时说明硅片已经 被洗净被洗净 5 5 分分 4 4 常见的半导体的沾污有哪些种类常见的半导体的沾污有哪些种类 5 5 分分 5 5 说明正光刻胶和负光刻胶在曝光过程中的变化和区别 说明正光刻胶和负光刻胶在曝光过程中的变化和区别 5 5 分分 6 6 为什么要进行曝光前和曝光后烘焙 怎样提高光刻分辨率为什么要进行曝光前和曝光后烘焙 怎样提高光刻分辨率 1010 分分 7 7 请详细回答 硅片在大气中会自然氧化 从洗净工艺的角度 这属于一种沾污 采用什请详细回答 硅片在大气中会自然氧化 从洗净工艺的角度 这属于一种沾污 采用什 么工艺即可洗净这种沾污而又不损坏硅么工艺即可洗净这种沾污而又不损坏硅 1010 分分 8 8 在刻蚀工艺中 由于电极附近鞘层领域的存在 电极附近只有正电荷存在 请用泊松方在刻蚀工艺中 由于电极附近鞘层领域的存在 电极附近只有正电荷存在 请用泊松方 程解释 在一个周期内电极附近的电场方向总是指向电极 程解释 在一个周期内电极附近的电场方向总是指向电极 1010 分分 9 9 在电极形成工艺中在电极形成工艺中 用到金属用到金属 Ti Ti 请详尽说明金属请详尽说明金属 TiTi 的特性的特性 以及金属以及金属 TiTi 在集成电路电在集成电路电 极结构中的作用极结构中的作用 1515 分分 10 10 以以 CMOSCMOS 的的 nMOSnMOS 形成工艺为例来说明 在离子注入工艺中用了多道该工艺步骤 这些形成工艺为例来说明 在离子注入工艺中用了多道该工艺步骤 这些 步骤有什么目的或起到什么作用 步骤有什么目的或起到什么作用 1515 分分 11 11 等离子体是现代集成电路工艺中不可或缺的加工手段和材料 根据你的理解和掌握 等离子体是现代集成电路工艺中不可或缺的加工手段和材料 根据你的理解和掌握 请就等离子体在集成电路工艺中有哪些应用进行详细的阐述 请就等离子体在集成电路工艺中有哪些应用进行详细的阐述 1515 分分 1 1 举例回答集成电路主要集成了哪些器件举例回答集成电路主要集成了哪些器件 5 5 分分 答 集成电路主要集成了晶体管 二极管 电阻和电容 2 2 最少给出两个集成电路选用硅半导体的理由 最少给出两个集成电路选用硅半导体的理由 5 5 分分 答 1 1 硅存量丰富 是地球上第二丰富的元素 占到地壳成分的 25 经合理加工 能够提纯 到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本 2 2 硅熔点高 可以承受更加高温的工艺 相当于放宽了工艺要求 3 3 硅表面会自然生成氧化硅 它是一种高质量 稳定的电绝缘材料 而且能充当优质的化 学阻挡层以保护硅不受外部玷污 生长稳定的薄层氧化硅材料的能力是制造高性能金属 氧化物 半导体 MOS 器件的根本 3 3 在清洗过程中用到的进入冲洗池的纯净水的电阻在清洗过程中用到的进入冲洗池的纯净水的电阻 率率 在出水口处为多大时说明硅片已经被洗净在出水口处为多大时说明硅片已经被洗净 精品文档 2欢迎下载 在清洗过程中纯净水的电阻率为 18M 时说明硅片已经被洗净 4 4 常见的半导体的沾污有哪些种类常见的半导体的沾污有哪些种类 1 1 颗粒 2 2 金属杂质 3 3 有机物沾污 4 4 自然氧化层 5 5 静电释放 5 5 说明正光刻胶和负光刻胶在曝光过程中的变化和区别 说明正光刻胶和负光刻胶在曝光过程中的变化和区别 答 正光刻胶 曝光区域变得更易溶解 一种正相掩膜版图形出现在光刻胶上 在曝光过程中正性 光刻胶分解 曝光区域易在显影液中被洗去 负光刻胶 曝光区域交联硬化 这使曝光的光刻胶难溶于显影液溶剂中 光刻胶没有在显影液 中除去 一种负相的掩模图形形成在光刻胶上 区别 负光刻胶在硅片上形成的图形与掩膜板上的图形相反 正光刻胶在硅片上形成的图形与 掩膜板上的图形相同 6 6 为什么要进行曝光前和曝光后烘焙 怎样提高光刻分辨率为什么要进行曝光前和曝光后烘焙 怎样提高光刻分辨率 答 进行曝光前烘焙能解决 1 1 光刻胶薄膜发黏并易受颗粒沾污的问题 解决 2 2 光刻胶薄膜来 自于旋转涂胶的内在应力而导致的粘附性的问题 还能 3 3 区分曝光和未曝光的光刻胶的溶解差 异 最后还有一点就是能够 4 4 防止光刻胶散发的气体沾污光学系统的透镜 进行曝光后的烘焙是为了促进关键光刻胶的化学反应 对 CA DUV 光刻胶进行后烘是必须的 对于基于 DNQ 化学成分的常规 线胶 进行后烘的目的是提高光刻胶的粘附性并减少驻波 提高光刻分辨率的方法 增大成像系统数值孔径 NA 缩短曝光波长 以及 降低光学系 统工艺因子 k 的参数 7 7 请详细回答 硅片在大气中会自然氧化 从洗净工艺的角度 这属于一种沾污 采用什么工艺请详细回答 硅片在大气中会自然氧化 从洗净工艺的角度 这属于一种沾污 采用什么工艺 即可洗净这种沾污而又不损坏硅即可洗净这种沾污而又不损坏硅 答 硅片在大气中自然氧化而生成的沾污叫自然氧化层 自然氧化层需要通过使用含 HF 酸的混合 液的清洗步骤去除 许多清洗方法都是在最后一步时把硅片表面暴露于氢氟酸 HF 以去除硅片 表面的自然氧化层 硅片表面无自然氧化层 是生长高纯外延薄膜和 MOS 电路栅极超薄氧化物 50 埃或更薄 的关键 HF 浸泡之后 硅片表面完全被氢原子终止 在空气中具有很高的稳定性 避 免了再氧化 氢原子终止的硅表面保持着与体硅晶体相同的状态 此外 干洗等离子体技术也作为 精品文档 3欢迎下载 工艺设备中的集成预处理步骤去处自然氧化层 8 8 在刻蚀工艺中 由于电极附近鞘层领域的存在 电极附近只有正电荷存在 请用泊松方程解释 在刻蚀工艺中 由于电极附近鞘层领域的存在 电极附近只有正电荷存在 请用泊松方程解释 在一个周期内电极附近的电场方向总是指向电极 在一个周期内电极附近的电场方向总是指向电极 1010 分分 答 由图 a 的 A 区域可知 A 区域内电子跟正电荷都在增加 但单子的增长速度更快 所以对外显 负电 所以 v 0 由式子 可得电场 E0 由式子 可得 E 0 所以一个周期内电极附近的电场方向总是指向电极 9 9 在电极形成工艺中在电极形成工艺中 用到金属用到金属 Ti Ti 请详尽说明金属请详尽说明金属 TiTi 的特性的特性 以及金属以及金属 TiTi 在集成电路电极结构在集成电路电极结构 中的作用中的作用 答 精品文档 4欢迎下载 钛的特性 纯钛是银白色的金属 在金属分类中被划归为稀有轻金属 钛在元素周期表中属 B 族元素 原子序数为 22 原子量为 47 9 原子半径为 0 145nm 钛的熔点为 1660 10 其有两种同素异 构体 相变点为 890 920 在转变温度以下为密排六方的 Ti 在转变温度以上直到熔点之间 为体心立方的 Ti 钛在化学 物理和机械性能方面有其自己的特点 与其他金属相比 钛的 密度小 比强度高 弹性模量低 常温时为 103 4GPa 屈强比高 导热系数小 为 0 1507J 热膨胀系数低 无磁性 无毒 耐高 低温 耐腐蚀 与氧的亲和力极强 金属钛在电路电极结构中的作用 钛金属在 CMOS 制作过程的接触形成工艺中可以使硅和随后淀积的导电材料更加紧密地结合起 来 钛的电阻很低 同时能够与硅发生充分反应 当温度大于 700C 时 钛跟硅发生反应生成钛的 硅化物 钛和二氧化硅不发生反应 因此这两种物质不会发生化学的键合或者物理聚合 因此钛能 够轻易的从二氧化硅表面除去 而不需要额外掩膜 钛的硅化物在所有有源硅的表面保留了下来 1 1 金属钛淀积 一薄阻挡层金属钛衬垫于局部互连沟道的底部和侧壁上 这一层钛充当了钨与 二氧化硅间的粘合剂 2 2 氮化钛淀积 氮化钛立即淀积于钛金属层的表面充当金属钨的扩散阻挡层 3 3 金属淀积钛阻挡层 在薄膜区利用物理气相淀积设备在整个硅片表面淀积一薄层钛 钛衬垫 于通孔的底部及侧壁上 钛充当了将钨限制在通孔中的粘合剂 4 4 溶性阳极和不溶性阳极 可溶性阳极在电解过程中起补充金属离子和导电的作用 不溶阳极 只起导电作用 最早的不溶性阳极是石墨和铅系阳极上世纪 70 年代钛阳极作为新技术开始应用在 电解和电镀行业 目前不溶性阳极可分为两大类 析氯阳极和析氧阳极 析氯阳极主要用于氯化物 电解液体系 电镀过程中阳极有氯气释放出来 因此称为析氯阳极 析氧阳极主要用于硫酸盐 硝 酸盐 氢氰酸盐等电解液体系 电镀过程中阳极有氧气释放出来 因此称为析氧阳极 铅合金阳极 析氧阳极 钛阳极根据其表面催化涂层不同分别具有析氧 析氯功能或二者功效兼有 5 5 氯碱工业用钛阳极 与石墨电极相比 隔膜法生产烧碱 石墨阳极的工作电压为 8A DM2 涂层 阳极可成倍增加 达 17A DM2 这样在同样的电解环境下产品可成倍提高 而且所生产品的质量高 氯气纯度高 6 6 电镀用钛阳极 电镀用不溶性阳极是在钛基体 网状 板状 带状 管状等 上涂覆具有高电 化学催化性能的贵金属氧化物涂层 涂层中含有高稳定性的阀金属氧化物 新型不溶性钛阳极具有 高电化学催化能 析氧过电位比铅合金不溶性阳极低约 0 5 V 节能显著 稳定性高 不污染镀液 重量轻 易于更换 新型不溶性钛阳极的析氧过电位也比镀铂不溶性阳极低 但是寿命却提高 1 倍以上 广泛用于各种电镀中作为阳极或者辅助阳极使用 可以替代常规的铅基合金阳极 在相同 的条件下 可以降低槽电压 节约电能消耗 不溶性钛阳极在电镀过程中具有良好的稳定性 化学 精品文档 5欢迎下载 电化学 使用寿命长 此阳极广泛用于镀镍镀金 镀铬 镀锌 镀铜等电镀有色金属行业 10 10 以以 CMOSCMOS 的的 nMOSnMOS 形成工艺为例来说明 在离子注入工艺中用了多道该工艺步骤 这些步骤有什形成工艺为例来说明 在离子注入工艺中用了多道该工艺步骤 这些步骤有什 么目的或起到什么作用 么目的或起到什么作用 答 1 1 外延生长 外延层目的是进行轻的 P 型掺杂 硼 掺杂 硅片在到达扩散区之前已经有了一个薄 的外延层 外延层与衬底有完全相同的晶格结构 只是纯度更高 晶格缺陷更少 2 2 原氧化生长 这一氧化层的主要作用是 保护表面的外延层免受沾污 阻止了在注入过程中对 硅片的过度损伤 作为氧化物屏蔽层 有助于控制注入过程中杂质的注入深度 3 3 第一层掩膜 n 阱注入 在预处理的硅片的上表面涂胶 甩胶 烘焙 后将经过涂胶处理的的 硅片每次一片地送入对准与曝光系统 光刻机将特定掩膜的图形直接刻印在涂胶的硅片上 曝光后 硅片回到涂胶 显影机中进行显影 显影后再次烘焙 并在转入离子注入区前进行检测 4 4 n 阱注入 高能 刻印后的硅片来到离子注入区 光刻胶图形覆盖了硅片上的特定区域 将 其保护起来免于离子注入 未被光刻胶覆盖的区域允许高能杂质阳离子穿透外延层的上表面 结深 约为 1 m 这一步掺入的杂质为磷 离子注入机是注入区的主要设备 其主要目的是离化杂质原 子 使其加速获得高能 约为 200KeV 选出最恰当的元素注入 并聚焦离子成为极窄的一束 最 后扫描使硅片不受光刻保护的区域得到均匀掺杂 5 5 退火 在这里硅片经过清洗处理后被放入退火炉 退火的作用是 裸露在硅片表面生长了一层 新的阻挡氧化层 高温使得杂质向硅中移动 扩散 注入引入的损伤得到修复 杂质原子与 硅原子间的共价键被激活 使得杂质原子成为晶格结构中的一部分 电学激活 6 6 第五层掩膜 n LDD 注入 这一步掩膜步骤的目的是刻印硅片 以得到可以使 n 型晶体管被注 入的光刻胶图形 其他所有的区域都被光刻胶保护着 7 7 n LDD 注入 低能量 浅结 在未被光刻胶保护的区域 用砷离子进行选择注入 能量 剂 量和结深都明显低于先前的 n 阱注入步骤 选择砷而不选择磷的原因是砷的分子量更大 有利于硅 表面非晶化 在注入中能够得到更均匀的掺杂深度 8 8 第七层掩膜 n 源 漏注入 这一步掩膜操作目的是定义了要进行注入的 n 型晶体管区域 9 9 n 源 漏注入 中等能量 这一步中等能量注入进入硅的深度大于 LDD 的结深 二氧化硅构 成的侧墙阻止了砷杂质侵入狭窄的沟道区 11 11 等离子体是现代集成电路工艺中不可或缺的加工手段和材料 根据你的理解和掌握 请就等离等离子体是现代集成电路工艺中不可或缺的加工手段和材料 根据你的理解和掌握 请就等离 子体在集成电路工艺中有哪些应用进行详细的阐述 子体在集成电路工艺中有哪些应用进行详细的阐述 1515 分分 答 1 1 离子注入 离子注入是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质 以改变其电学性能的方法 离子注入工 精品文档 6欢迎下载 在离子注入机内进行 它是半导体工艺中最为复杂的设备之一 见图 7 4 注入机包含离子源部 分 它能从源材料中产生带正电荷的杂质离子 其中离子源即是产生等离子的部分 通过电子轰击气体原子 离子源中会产生离子 电子通常由热钨丝源产生 Free man 离子源是 一种最常用的电子源 棒状阴极灯丝装在一个有气体入口的电弧释放室内 电弧释放室的侧壁是阳 极 当气体进入时 灯丝通过大电流 并在阴极和阳极之间加 100 伏电压 就会在灯丝周围产生等 离子体 高能电子和气体分子发生碰撞 就产生了正离子 2 2 刻蚀工艺 在一个等离子干法刻蚀系统的基本部件包括 发生刻蚀反应的反应腔 产生等离子体的射频电 源 气体流量控制系统 去除刻蚀生成物和真空系统 干法等离子体反应器有下面不同的类型 1 1 圆桶式等离子体反应器 圆通式反应器是圆柱形的 在 0 1 1 托压力下具有几乎完全的化学各向同性刻蚀 硅片垂直 小间距地装在一个石英舟上 射频功率加在圆柱两边的电极上 通常有一个打孔的金属圆柱形刻蚀 隧道 它把等离子体限制在刻蚀隧道和腔体壁之间的外部区域 硅片与电场平行放置使物理刻蚀最 小 等离子体重的刻蚀基扩散到刻蚀隧道内 而等离子体中的带能离子和电子没有进入这一区域 2 2 平板反应器 平板反应器有两个大小和位置对称的平行金属板 一个硅片背面朝下放置于接地的阴极上面 RF 信号加在反应器的上电极 由于等离子体电势总是高于地电势 因而这是一种带能离子进行轰 击的等离子体刻蚀模式 3 3 顺流刻蚀系统 等离子体是在大约 0 1 1 托的压力下 在一个独立的源中产生的 被传输到工艺腔中 并均匀 地分布于加热的硅表面 由于没有离子进行方向性刻蚀 因为顺流刻蚀机采用的是化学刻蚀 是各 向同性的 4 4 三极平面反应器 三极平面反应器增加第三个电极来达到控制离子轰击数量的目的 装置是带两个电源的反应器 设置 其中电感耦合的 RF 源在大约 10 13 托产生离子和反应基 低频发生器控制离子的轰击 5 5 离子铣 也称为离子束刻蚀 具有强方向性等离子体的一种物理刻蚀机理 等离子体通常是由电感耦合 RF 源或微波产生 6 6 反应离子刻蚀 除了硅片是放置于加 RF 源的淀积上以及该电极比接地淀积尺寸大大减小以为 RIE 与标准的 精品文档 7欢迎下载 平行板等离子体刻蚀机是类似的 7 7 高密度等离子体刻蚀机 前面用到的标准等离子刻蚀体系是在硅片制造中工作于相对直接产生等离子体的几百毫托的真 空度下 但是对于 0 25 微米级以下尺寸的几何图形 它难以使刻蚀基高深宽比图形并使刻蚀生成 物从高深宽比图形中出来 而高密度等离子体刻蚀机就是为此而发明的 3 3 淀积 在淀积工艺同样涉及到等离子体 下面是淀积涉及到的等离子的方法 1 1 化学气相沉积 CVD 化学气相沉积 CVD 是通过气体混合的化学反应在硅片表面沉积 一 层固体膜的工艺 硅片表面及其邻近的区域被加热来向反应系统提供附加的能量 当化合物 在反 应腔中混合并进行反应时 就会发生化学气相淀积过程 原子或分子会淀积在硅表面形成膜 等离子体增强 CVD PECVD 等离子体增强 CVD 过程使用等离子体能量来产生并维持 CVD 反应 在真空腔中施加射频功率使 气体分子分解 就会发生等离子增强 CVD 并淀积形成膜 被激发的分子具有化学活性容易与其 他原子键合形成粘附在硅片表面的膜 高密度等离子 CVD HDPCVD 高密度等离子是等离子辅助 CVD 的一个最新发展 正如名字所言 等离子体在低压下以高密度 混合气体的形式直接接触到反应腔中硅片的表面 他的