WD半导体集成电路工艺_复习(精)

1、(8 目录 第一次作业:(6 1, 集成时代以什么来划分?列出每个时代的时间段及大致的集成规模。(6 2, 什么是芯片的集成度?它最主要受什么因素的影响?(6 3, 说明硅片与芯片的主要区别。(6 4, 列出集成电路制造的五个主要步骤,并简要描述每一个步骤的主要功能。(6 5, 说明封装的主要作用。对封装的主要要求是什么。(7 6, 什么是芯片的关键尺寸?这种尺寸为何重要?自半导体制造业开始以来,芯片的 关键尺寸是如何变化的?他对芯片上其他特征尺寸的影响是什么?(7 7, 列出当前封装中将芯片固定在基座上所采用的主要互连技术。(7 8, 列出半导体工艺史上的几个主要工艺,并说明当前的主流工艺是

2、什么,以及该工艺的主要优点。(7 9, 试是说明芯片集成率的含义,且说明对特定的工艺而言影响芯片成品率的主要 因素是什么及为什么。(7 10,BiCMOS 工艺的主要技术特点是什么？由此所带来的主要优点是什么？(7 第二次作业:(8 1, 芯片制造的重要基础是什么？(8 2, 芯片加工环境指什么？半导体产业如何控制芯片制造过程中加工环境的沾(8 污？ 3, 给出半导体制造中沾污及致命缺陷的定义。(8 4, 说明五类净化间的沾污。(8 5, 解释什么是静电释放，并给出在硅片制造中由 ESD 引起的三种问题及 ESD 的三种控制方法。(8 6, 名词解释:(11 级净化间(210 级 0.3um(

3、3 超细颗粒(4U(x(8 7, 举例说明用于微电子器件制造的主要衬底材料类型。(9 8, 指出目前最为常用的半导体材料,并给出其被普遍使用的主要原因。(9 9, 什么是掺杂?为什么掺杂对半导体制造很重要?说明掺杂硅的两种主要类型及他们之间的最主要区别。(9 10, 化合物半导体的主要类型,各自的典型材料及主要应用领域。(9 11, 砷化镓相对于硅的主要优缺点及其应用领域。(9 12, 什么是杂质的补偿作用?发生杂质补偿的半导体材料的导电类型如何确定?(9 第三次作业:(10 1, 制造半导体器件的核心是什么?并说明半导体器件工艺的基本原理。(10 2, 试给出 CMOSIC 芯片制造的 4

4、种基础工艺，并说明每种工艺的主要作用。(10 3, 列出硅片制造厂的 6 个主要生产区,简要说明各区的主要作用,并举例至少一种各区的典型设备。104,什么是掺杂?硅半导体工艺中采用何种工艺实现掺杂?它们的基本原理是什么?(10 5,半导体工艺中常用的薄膜形成工艺有哪些?并举例说明它们可分别用于哪些材料的淀积(每种工艺只列一种材料(11 6, 什么是 CMP?其主要作用是什么?最终目的是什么？(11 7, 什么是外延层?其主要作用是什么?并说明其在当前 IC 工艺中的主要应用。(11 8, 哪些基本工艺方法要用到掩膜板?并说明在这些工艺中掩膜板的主要作用。 (11 9, 光刻的主要目的是什么?光

5、刻胶再光刻中的作用是什么?(11 10, 确定有光刻胶覆盖硅片的三个生产区,并简单说明光刻胶在各区的作用。 (11 11, 什么是中测?什么是成测?探针测试和芯片成品率的统计分别是在哪一次测试?(11 第四次作业:(12 1, 试给出 CMOS工艺操作的三种基本类型,并说明每种类型的主要作用及主要工艺。(12 2, 工艺最后生长在顶层的介质层称为什么?由什么材料构成?其主要作用是什么?(12 3, 试画出 CMOS 双阱工艺中器件结构的剖面图并在其上标注出主要材料层的名称。(12 4,IC 集成工艺与分立器件工艺有什么不同?(13 5, 画出标准埋层双极晶体管的剖面结构图并标注出相应的材料图。

6、(13 6, 试说明什么是双极晶体管的埋层以及埋层的作用。(14 7, 试说明在标准埋层双极晶体管工艺中器件之间是如何隔离的。(14(16 8, 试说明标准埋层双极晶体管的集电极是如何引出的及其作用。(14 9, 试描述标准埋层双极晶体管工艺的主要流程并说明光刻掩膜版的作用。 (15 10, 试说明 MOSIC 中器件之间是如何隔离的， 并说明器件隔离的主要作用和基本方法。(15 11, 试说明什么是 LOCOS 和它的主要作用以及该工艺的主要步骤， 并说明该工艺存在的主要问题和解决方法。(15 12, 亚微米CMOS工艺采用的标准隔离技术是什么?试说明其主要工艺步骤。 (15 第五次作业:(

7、15 试说明 LOCOS 和 STI中淀积的衬垫氧化硅层以及场注的主要作用。(15 试说明双阱 CMOS 工艺中用到的主要光刻掩膜版及其作用。(16 列出简化的双阱 CMOS 工艺流程中的主要步骤,并说明该流程的两个主要特点。(16 请说明在形成晶体管的有源区掺杂过程中需要进行哪些保护?分别用什么材料作为保护层?(16 接触孔和通孔的作用是什么?它们是如何形成的?什么是钨塞。试说明其主要作用。(16 金属层间介质的作用是什么?通常用什么材料作层间介质层?(16 工艺最后生长在顶层的介质层称为什么?有什么材料构成?其主要作用是什么? 什么是浅槽沟道隔离?其主要作用是什么?说明其主要优点及适用工艺

8、范围?(16 试说明在 CMOS 工艺中主要采用的器件隔离技术,并说明每种工艺技术的主要特点和适用范围。(17 10, 什么是硅栅自对准技术?简单说明其主要制作步骤和主要优点。(17 11, 试说明 MOS 工艺中存在的自对准结构及他们的主要优点。(17 12, 试说明 NMOS 和 PMOS 的源漏是如何形成的及为什么？(17 13, 什么是阱?CMOS工艺中阱的作用是什么?试说明CMOS双阱工艺中的阱是如何形成的？(17 14, CMOS 工艺中为什么要形成侧墙?在哪一个工艺环节形成及为什么?并说明其形成步骤及主要作用。(18 15, 试给出下图中所示的 CMOS 工艺流程的主要步骤。(1

9、8 16, 试给出下图中标号所对应的双阱 CMOS 工艺的主要制作步骤。(18 第六次作业:(19 试说明 CMOS 工艺在硅片上形成氧化物的主要方法,以及他们间的本质区别。(19 什么是氧化工艺?请说明氧化工艺为什么需要高温技术?(19 组成氧化硅的基本单元是什么?他有那两种主要结构?(19 4, 氧在二氧化硅中的基本单元是什么?他有那两种基本形态?(19 试说明按结构分类的二氧化硅的基本类型且各举一例,并说明各种类型的主要结构特点。(19 氧化工艺产生的 SiO2 为何种类型?并说明其结构对其强度和密度的影响。(19 试说明热氧化反应为什么发生在 SiSiO2 界面上,以及这种反应机制有何

10、好处? (20 列出氧化硅的五种主要物理参数,并说明实际中如何测试氧化层厚度。(20 试说明氧化层在硅工艺中的四种主要用途及主要原因,并举例说明各种用途的主要目的。(20 10,什么是表面钝化?它的主要作用是什么？当前 CMOS 工艺中最典型的表面钝化层采用何种材料?.2011,指出硅工艺中厚度最小的和最大的氧化层的主要应用,并说明它们的作用是否相同,以及为什么。(20 12, 什么是氧化硅中网络形成者和网络改变者?并举二例说明它们对氧化层结构和性质的影响。(21 第七次作业:(22 试说明热氧化法的两种基本方法及每种方法的生长机理(或过程,并比较两种方法的主要异同点。(22 为什么水汽氧化生

11、成的氧化层质量不如干氧氧化层?工艺中采用什么办法来改善其氧化层质量?(22 什么是掺氯氧化?试说明氧化工艺中掺氯的主要优点。(22 4,热生长厚度是 2000A 的氧化层后,Si-SiO2 的界面与原来的硅表面的高度差为多少?为什么?(22 氧化硅的热动力学生长过程中包括哪几个主要过程?并说明每一种过程中的什么因素对氧化生长速率有影响?其中决定因素是什么?(23 是说明什么是迪尔格罗夫模型?试给出迪尔格罗夫模型两种极限情况的示意图。并说明其物理意义。 (23 试给出硅片上的热氧化生长过程的示意图,并说明其中的各物理量的基本含 义。(23 试说明氧化生长速率的基本定义及其物理含义,并说明影响氧化

12、生长速率的主要工艺参数,及他们对生长速率的主要影响。(24 根据氧化物的生长规律,试说明热氧化生长过程中的两个主要阶段,并说明它们分别位于氧化生长过程中的哪一时段,各自的生长模型和规律以及反映生长速率的参数和影响该参数的主要因素是什么。(24 什么是表面反应控制?什么是扩散控制?并说明什么情况下生长过程分别为这两种控制,以及这两种控制在生长速率上呈何种反应?(24 试说明高压氧化技术的原理(或依据及主要作用,并说明高低压氧化各自的控制机制和氧化层厚度的变化规律。(25 列出 SiSiO2 界面处的四种电荷， 说明钠离子是属于哪一类电荷,以及这一类电 荷会导致芯片出现什么问题,工艺中如何解决这一

13、问题?(25 什么是氧化层固定电荷?其产生的主要原因是什么?它对半导体器件的电学特性有何影响?工艺中可以用什么办法来解决?(25 氧化系统的基本组成结构及每一部分的主要作用。(25 根据下图给出的一氧化工艺的菜单实例,试说明:(25 第八次作业:(26 掺杂的主要目的是什么?给出硅片制造中的三种主要掺杂应用。(26 半导体工艺中是如何形成 PN 结的?什么是结深？(26 列出半导体制造中四种常见的杂质,并说明掺杂后相应的半导体硅的导电类 型。(26 什么是扩散?并说明扩散的两个基本条件?按材料的形态划分,扩散有那几种基 本形式?工艺中的高温扩散属于哪一种?(27 说明杂质在晶圆中的扩散机制及主

14、要特点,并各举一例。(27 解释扩散系数及其物理含义,并说明影响扩散系数的主要因素是什么,及如何影 响?(27 试说明扩散率的大小与扩散机制的关系,并各举一例。 (27 写出扩散方程的方程式,并说明其物理含义。(27 什么是恒定表面源扩散?其扩散形成的结深主要受哪些因素的影响?其中哪一个 影响最主要?为什么?(27 列出恒定表面源扩散的三种主要工艺参数,并说明其含义和主要影响因素。(27 解释有限表面源扩散,列出有限表面源扩散的三种主要工艺参数,并说明其含义 和主要影响因素。 (28 说明两步扩散法的基本思想,及其每一步工艺的主要特点和目的。(28 第九次作业:(28 试说明半导体制造中扩散工

15、艺的主要目的。列出并解释实际扩散工艺的主要步 骤,并说明个步骤的主要作用和工艺温度。 (28 举例说明什么是同型掺杂和反型掺杂及各自的目的。(29 淀积扩散主要受哪些因素的控制?(29 试说明扩散工艺中常用的扩散掺杂方法,并说明当前实际工艺中使用的主要方法及理由。(29 列出并解释替位杂质在硅中的三种主要扩散机制。 (29 写出空位机制下的非本征扩散的扩散系数公式,并说明式中各参量的物理含 义。(29 根据空位机制下的总扩散系数公式，给出本征硅，低浓度掺杂,N 型重掺杂及 P型重掺杂下的扩散系数公式。(29 说明氧化气氛对扩散有何影响及原因?(29 什么是扩散的相互作用?试举一例说明其对半导体

16、器件的制造有何影响及其产 生的原因。(30 试说明横向扩散以及横向扩散的主要影响。(30 名词解释：(1 薄层电阻(2OED/ORD(3 发射区推进效应(30 试说明硅工艺中常用掺杂杂质 B,P,As 的扩散特性。(30 第十次作业：(30 试说明先进 VLSI采用何种掺杂技术作为标准工艺以及为什么？(30 试说明什么是离子注入以及离子注入的基本过程。 (30 试说明离子注入工艺的主要特点(或优缺点。(30 根据 LSS 理论,试说明注入离子在体内的能量损失机制。(31 试说明靶材料对注入离子的阻挡机制,以及各阻挡机制对入舍离子的影响。(31 试说明什么是核阻止本领及电子阻止本领及他们的物理含

17、义。(31 简述核阻止本领及电子阻止本领与注入能量间的关系,并说明注入离子在靶中 受到的组织作用与注入能量间的关系。(31 举例说明低能重离子和高能轻离子注入后在靶中的阻挡机制及扩散轨迹。(31 什么是(注入剂量?离子注入工艺中的剂量主要受哪些因素控制。(31 什么是射程及投影射程?并说明注入离子的射程与注入能量间的关系。(31 试说明当对采用一级近似时离子注入的杂质(浓度分布及其物理含义。(31 第十一次作业:(31 试说明什么是横向效应及其影响,并简述离子注入的横向分布规律。(31 试说明什么是沟道效应及其产生的主要原因,以及他对注入分布的影响。(31 试说明影响沟道效应的五种主要因素及原

18、因,并给出控制沟道效应的主要方 法。(32 什么是离子注入损伤?离子注入为何会引起劲歌损伤?晶格损伤的主要类型?(32试说明不同质量的杂质离子所造成的晶格损伤有何不同及原因。 (32 离子注入后为何要进行退火?退火的主要作用是什么?(32 试说明退火的主要方法及各自的主要特点。(32 试说明退火后注入离子的浓度分布。(32 离子注入机由哪几个主要部分组成?各部分的作用是什么?(32 名词解释:RTA;电激活。(32 第十二次作业:(32(33 试试说明薄膜淀积的基本过程。(32 半导体制造中淀积的主要作用是什么?淀积的薄膜层按其晶格结构可分为哪几类?举出硅工艺中三个淀 积应用的例子并说明其主要

19、作用。(32 淀积的薄膜层按其导电特性可分为哪几类?给举一例,并简单说明他们在半导体工艺中的主要作用。.33 试说明淀积薄膜的主要特性参数。(33 什么是 PVD?说明其主要应用及基本方法。(33 试说明物理气相淀积的基本要素,并说明 PVD 为什么必须在高真空度环境中进行。(33 试说明半导体工艺中金属薄膜淀积的主要方法， 以及当前 CMOS 工艺中主要采用哪种?(33 什么是溅射?说明溅射的主要特征,以及与真空蒸发相比溅射技术的主要优点。 (33 试说明溅射法的基本步骤,以及采用氩离子的主要作用和原因。(33 试说明半导体制造中主要应用的溅射方法。(33 第十三次作业:(33 给出薄膜形成

20、的基本方法,说明他们间最主要的区别。并各举一例说明他们在 CMOS 工艺中的主要应用。(33 给出薄膜淀积的两种基本方法,并说明他们在半导体制造工艺中的主要应用。 什么是 CVD?说明其基本特征及主要优点。(34 以硅烷的分解反应淀积形成外延硅为例，说明 CVD 淀积过程的基本步骤。 （34 试说明下图所示工艺的名称和目的,并说明图中各编号所对应的基本步骤,以及倾斜基座的主要原因和作用。（34 根据限制淀积速率的不同机制，说明 CVD 过程的两个阶段，以及各阶段中控制淀积速率的主要因素是什么?CVD 的淀积速率最终由什么因素来决定？（34 根据限制淀积速率的不同机制，说明不同 CVD工艺中影响

21、淀积速率的主要工艺因素，以及相应的 CVD 系统的设计重点。（34 请说明 CVD 系统（技术的分类。（34 给出硅工艺中常用的 CVD 技术,并说明他们的优缺点和主要原因。（34 试说明 APCVD,LDCVD 和 PECVD 的反应机制并解释其原因。（34 第十四次作业:（34 什么是气缺现象?是说明其产生的原因及主要解决方法。（34 当前硅工艺中最主要的 CVD 系统（技术是什么?为什么?并说明其工作原理。 （35 什么是 PSG,BPSG?并说明他们的制备方法，主要特点和应用。（35 试说明硅工艺中氧化硅的 CVD 制备方法，并说明它们的主要特点和应用。 （35 什么是 TEOS?采用

22、 TEOS 淀积的是什么膜?并说明同样淀积此膜，与用气态源的 CVD 方法相比，采用 TEOS 作为淀积源的 CVD方法的主要优点。（35 试说明氮化硅膜的 CVD 制备方法，主要特点和应用，作为钝化层的氮化硅的淀积采用何种 CVD 方法?为什么？（3500 试说明多晶硅膜和外延硅膜的常用 CVD 制备方法及主要特点和应用，并说明这 两种膜的淀积方法中最主要的区别是什么?为什么?(35 金属钨在 IC 中的主要用途是什么?并说明金属钨的 CVD 制备方法及主要应用。(35 第一次作业: 1，集成时代以什么来划分?列出每个时代的时间段及大致的集成规模。 答: 类别时间 数字集成电 路模拟集成电路

23、 MOSIC 双极 IC SSI1960s 前期 MSI1960s1970s100 500 30100 LSI1970s500 2000 100300 VLSI1970s 后期1980s 后期20 300 ULSI1980s 后期1990s 后期 GSI1990s 后期20 世纪初 SoC20 世纪以后 2, 什么是芯片的集成度?它最主要受什么因素的影响? 答:集成度:单个芯片上集成的元件（管子数。受芯片的关键尺寸的影响。 3, 说明硅片与芯片的主要区别。 答:硅片是指由单晶生长,滚圆,切片及抛光等工序制成的硅圆薄片,是制造芯片的原料,用来提供加工芯片的基础材料;芯片是指在衬底上经多个工艺步骤

24、加工出来的,最终具有永久可是图形并具有一定功能的单个集成电路硅片。 4, 列出集成电路制造的五个主要步骤,并简要描述每一个步骤的主要功能。 答:晶圆（硅片制备（WaferPreparation; 硅（芯片制造（WaferFabrication:在硅片上生产出永久刻蚀在硅片上的一整套集成电路。 硅片测试/拣选（DieTest/Sort:单个芯片的探测和电学测试，选择出可用的芯片。 装配与封装（AssemblyandPackaging:提供信号及电源线进出硅芯片的界面;为芯片提供机械支持，并可散去由电路产生的热能;保护芯片免受如潮湿等外界环境条件的影响。 成品测试与分析（或终测（FinalTest

25、:对封装后的芯片进行测试，以确定是否满足电学和特性参数要求。 5，说明封装的主要作用。对封装的主要要求是什么。 答:封装的作用:提供信号及电源线进出硅芯片的界面;为芯片提供机械支持,并可散去由电路产生的热能;保护芯片免受如潮湿等外界环境条件的影响。 主要要求:电气要求:引线应当具有低的电阻、电容和电感。机械特性和热特性:散热率应当越高越好;机械特性是指机械可靠性和长期可靠性。 低成本:成本是必须要考虑的比较重要的因素之一。 6, 什么是芯片的关键尺寸?这种尺寸为何重要?自半导体制造业开始以来,芯片的关键尺寸是如何变化的?他对芯片上其他特征尺寸的影响是什么? 答:芯片上器件的物理尺寸被称为特征尺

26、寸;芯片上的最小的特征尺寸被称为关键尺寸,且被作为定义制造工艺水平的标准。 为何重要:他代表了工艺上能加工的最小尺寸,决定了芯片上的其他特征尺寸,从而决定了芯片的面积和芯片的集成度,并对芯片的性能有决定性的影响,故被定义为制造工艺水平的标准。 如何变化:芯片的关键尺寸不断缩小。 影响:其他特征尺寸随关键尺寸按比例缩小,包括横向加工尺寸和纵向加工尺寸。 7, 列出当前封装中将芯片固定在基座上所采用的主要互连技术。 答:导线压焊;载带自动压焊;倒装焊 8, 列出半导体工艺史上的几个主要工艺,并说明当前的主流工艺是什么,以及该工艺的主要优点。 答:主要的半导体工艺:1960s,Bipolar（双极型

27、 IC工艺;1970s,NMOSE/D（增强/耗尽型工艺;1980s,CMOS 工艺;1990s,BiCMOS 工艺,砷化镓工艺。 主流工艺:CMOS 工艺。 主要优点:集成密度高而功耗低。 9, 试是说明芯片集成率的含义,且说明对特定的工艺而言影响芯片成品率的主要因素是什么及为什么。 答:成品率:一个圆片上合格的芯片数占总芯片数的百分比。主要因素:面积。芯片成本=f（芯片面积即:面积是衡量芯片成本的基本指标。 10,BiCMOS 工艺的主要技术特点是什么?由此所带来的主要优点是什么? 答:BiCMOS 工艺是把双极器件和 CMOS 器件同时制作在同一芯片上。 它综合了双极器件的高速度、高跨导

28、、强负载驱动能力和 CMOS 器件的高集成度、低功耗和抗干扰能力强的优点，给高速度、高集成度、高性能的 VLSI的发展开辟了一条新路。 第二次作业: 1，芯片制造的重要基础是什么? 答:芯片的加工环境:是指集成电路（或微电子产品在加工过程中所接触的除衬底材料、加工设备、能源及加工技术之外的一切物质，包括空气、水、化学试剂、加工所用的各种气体及人员等。 衬底材料:集成电路和各种半导体器件制造中所用的基底材料。 2，芯片加工环境指什么?半导体产业如何控制芯片制造过程中加工环境的沾污? 答:芯片的加工环境:是指集成电路（或微电子产品在加工过程中所接触的除衬底材料、加工设备、能源及加工技术之外的一切物

29、质，包括空气、水、化学试剂、加工所用的各种气体及人员等。 三道防线:净化环境（cleanroom:包括空气的净化，人员的净化控制及工艺用水和化学品的净化。硅片清洗（wafercleaning:清楚硅片上的污染物（包括有机物和光刻 胶。 吸杂(gettering:把硅片中的重金属离子和碱金属离子从有源区引到不重要的区域。 3, 给出半导体制造中沾污及致命缺陷的定义。 答:沾污:是指半导体制造过程中引入到半导体硅片上的任何危害芯片成品率及电学性能的不希望有的物质。致命缺陷:是指导致硅片上的芯片无法通过电学测试的缺陷。 4, 说明五类净化间的沾污。 答:净化间沾污的主要类型:颗粒;金属杂质;有机物沾

30、污;自然氧化层;静电释放(ESD 5, 解释什么是静电释放，并给出在硅片制造中由 ESD 引起的三种问题及 ESD的三种控制方法。 答:ESD 是指静电荷从一个物体向另一个物体末经控制地转移。 ESD 的危害性:会使硅表面形成电荷积累,吸引带电颗粒或中性颗粒;瞬时高压(可能几万伏;较大的瞬时峰值电流(1A:栅氧化层击穿;互联线蒸发的诱因;随着器件尺寸的不断缩小,副作用是:对静电的灵敏度越来越高。 控制方法:采用防静电的材料;ESD 接地;中和材料上的电荷积累。 6, 名词解释:(11 级净化间(210 级 0.3um(3 超细颗粒(4U(x 答:(11 级净化间:指每单位体积内可以接受的 0.

31、5um 颗粒的颗粒数不超过 1 个; (210 级 0.3um:指每单位体积内可以接受的 0.3um 颗粒的颗粒数不超过 30 个； (3超细颗粒:最新的净化空气标准把直径小于 0.1um的颗粒一直到分立颗粒计数器能检测到的最小颗粒都规定为超细颗粒; （4U（x:用“U描述符来表示，将洁净度定义为 U（x，其中 x 是每立方米空气中所允许的超细颗粒的最大数。 7，举例说明用于微电子器件制造的主要衬底材料类型。 答:微电子器件的衬底材料主要有三种:（元素半导体（硅，锗;化合物半导体（砷化稼，磷化稼，磷化铟;绝缘体（碳化硅，立方氮化硼，氮化稼，氮化铝，硒锌。 8，指出目前最为常用的半导体材料，并给

32、出其被普遍使用的主要原因。 答:硅:硅的丰裕度;更高的熔化温度允许更宽的工艺容限（1410 C;更宽的工作温度范围和更高的可靠性;氧化硅的自然生成;氧化层的容易获得，和微电子工艺兼容。 9，什么是掺杂?为什么掺杂对半导体制造很重要?说明掺杂硅的两种主要类型及他们之间的最主要区别。 答:掺杂是指在半导体材料的特定区域中通过加入某些杂质元素从而改变该材料的电学特性的过程。IC 的核心是制造半导体器件，而制造器件的核心和基础则是形成 PN 结。掺杂可以改变材料的导电类型和导电能力,是形成 PN 结的基础。 两种类型:P 型硅,N 型硅； 它们之间的最主要区别是掺杂的杂志不同，因为导电的载流子不同。前

33、者掺杂的是三族杂质，导电载流子为空穴;后者掺杂的是五族杂质，导电载流子为电子。因此他们的导电类型也不同，前者材料带正电;后者材料带负电。 10，化合物半导体的主要类型，各自的典型材料及主要应用领域。 答:III-V 族化合物:砷化镓（GaAs 锗硅（SiGe，主要用于高速高频领域； II-VI族化合物:碲化镉（CdTe 硒化锌（ZnSe，主要用于红外探测系统、制造蓝色发光二极管; 11，砷化镓相对于硅的主要优缺点及其应用领域。 答:主要用于高速高频领域; 优点:(1 比硅更高的电子迁移率(应用于高频;(2 有减小寄生电容和信号损耗的特 性; (3 材料的电阻率更大,容易实现器件之间的隔离;(4

34、 比硅更高的抗辐射性能;(5 切 换速度快,更适合用于电脑等;(6 直接带隙材料,发光效率高; 缺点:(1 缺乏天然氧化物;(2 材料的脆性;(3 砷的剧毒性需特别控制,提高了成 本;(As2O3,砒霜 12,什么是杂质的补偿作用?发生杂质补偿的半导体材料的导电类型如何确定? 答:在半导体材料中,当同时存在施主和受主杂质时,因为施主杂质和受主杂质的 电性相反,它们之间会发生相互抵消;这种不同类型杂质对导电能力相互抵消的 现象称为杂质的补偿作用。 半导体材料的导电类型取决于材料中的净杂质浓度。即:当施主杂质浓度高于受主杂质浓度时,经补偿作用后还余若干电子,当它们电离后成为导电电子,此时材料呈现为

35、 n型半导体;反之,材料则呈现为 p 型半导体。补偿后的净杂质浓度称为有效杂质浓度,可为有效施主浓度或有效受主浓度。 第三次作业: 1, 制造半导体器件的核心是什么?并说明半导体器件工艺的基本原理。 答:制造器件的核心则是形成 PN 结;半导体工艺的基本原理:“:“掺杂”和“补偿”。 掺杂是指在集成电路生产过程中要对半导体材料的特定区域加入一定浓度的特 定杂质来改变该部分材料的类型或杂质浓度从而制作各种器件的方法。 在半导体材料中,当同时存在施主和受主杂质时,因为施主杂质和受主杂质的电性相反,它们之间会发生相互抵消;这种不同类型杂质对导电能力相互抵消的现象称为杂质的补偿作用。 2, 试给出 C

36、MOSIC 芯片制造的 4 种基础工艺，并说明每种工艺的主要作用。 答:薄膜制作（thinfilm/layer:形成不同材料构成的工艺层。 光刻:是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上。 刻蚀（etch:是指在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久性的图形。 掺杂（doping:根据设计的需要， 将各种杂质掺杂在需要的位置上， 形成晶体管、接触等。 3，列出硅片制造厂的 6 个主要生产区，简要说明各区的主要作用，并举例至少一种各区的典型设备。 答:芯片制造厂可分成六个独立的生产区:扩散、光刻、刻蚀、薄膜生长、离子注入和抛光。 扩散区:通常是进行高温工艺和薄膜淀积的区域，主要设备是高温扩散炉和湿

37、法清洗设备。 光刻区:涂胶/显影设备是指用来完成光刻的一系列操作的工具组合， 包括对硅片 进行预处理、 涂胶、 甩胶、 烘干， 以及最后将曝光后的硅片送入显影设备进行显影。 刻蚀区:等离子体刻蚀机是一种采用射频能量在真空腔中离化气体分子的设备，它产生一种称为等离子体的物质形态，与硅片顶层的物质发生化学反应，从而实现刻蚀。去胶机也是一种等离子体装置，它在刻蚀结束后，用离化的氧气去掉硅片表面的光刻胶。去胶之后必须在湿法清洗设备上用一种化学溶剂彻底清洗硅片。 离子注入区:离子注入区中的离子注入机是亚微米工艺中最常见的掺杂工具,也是离子注入区中最主要的设备。 薄膜区:主要用来负责各步骤中的介质层和金属

38、层的淀积。取决于不同的淀积材料,该生产区中有很多不同的设备:化学气相淀积设备和金属溅射工具,以及还会有SOG（spin-on-glass 系统、快速退火装置（RTP和湿法清洗设备等。 抛光区:为了使硅片表面达到全面平坦化,CMP 工艺通过将硅片表面突出的部分减薄到下凹部分的高度来实现的。CMP 区最主要的设备是抛光机，它是用化学腐蚀和机械研磨相结合的方法来除去硅片顶部所希望的厚度。其它辅助设备:刷片机、清洗装置和测量工具。 4, 什么是掺杂?硅半导体工艺中采用何种工艺实现掺杂?它们的基本原理是什么?答:掺杂是指在集成电路生产过程中要对半导体材料的特定区域加入一定浓度 的特 定杂质来改变该部分材

39、料的类型或杂质浓度从而制作各种器件的方法。扩散:是将掺杂气体导入放有硅片的高温炉中,利用高温将杂质扩散到硅片内的一种方法。 离子注入:是将杂质原子变为高能离子束,用其轰击衬底表面使杂质注入硅片内的一种方法。 5, 半导体工艺中常用的薄膜形成工艺有哪些?并举例说明它们可分别用于哪些材料的淀积（每种工艺只列一种材料 答:氧化（Oxidation:氧化硅（栅氧;淀积（Deposition 化学气相淀积（CVD:单晶硅（外延、多晶硅、氧化硅（场氧、氮化硅、耐火金属及这类金属的硅化物;物理气相淀积（PVD:金属薄膜（铝、钛及合金 6,什么是 CMP?其主要作用是什么?最终目的是什么? 答:化学机械抛光（

40、CMP 工艺,用一种特殊的化合物来精细地磨平器件层并减小台阶的高度,是一种将化学腐蚀与机械研磨相结合从而使硅圆片表面达到全面平坦化的工艺方法。 CMP 的主要作用是保证硅片表面的平整度,最终目的是为了保证在材料表面进行可靠的淀积。 7, 什么是外延层?其主要作用是什么?并说明其在当前 IC 工艺中的主要应用。 答:外延层是指在单晶结构的衬底材料上形成的具有同样单晶结构的一个薄膜层。 主要作用:外延层与衬底有完全相同的晶格结构,且纯度更高,缺陷更少。而且相对于衬底来说,外延层具有较低的掺杂浓度,故可通过工艺实现精细的掺杂和对掺杂范围的控制: 外延硅工艺为器件设计者在优化器件性能方面提供了很大的灵

41、活性。 主要应用:l,Formaburiedlayer（埋层 forBipolar:在提高 PN 结击穿电压的同时降低了集电极电阻。2,FormabaseforCMOStransistor:闩锁效应降到最低，提高了器件速度。 8, 哪些基本工艺方法要用到掩膜板?并说明在这些工艺中掩膜板的主要作用。 答:光刻。掩膜版的主要作用是确定了设计图形的尺寸（即器件的尺寸和结构和 位置,以便转移到材料上。 9, 光刻的主要目的是什么?光刻胶再光刻中的作用是什么? 答:目的:在薄膜层上刻蚀出与掩模上完全对应的几何图形以实现选择性掺杂、腐蚀和氧化等目的。 作用:光刻区的光刻胶是一种光敏媒介,通过对它进行深紫外

42、线曝光来印制掩膜版的图形,实现图像转移;刻蚀区的光刻胶用于保护不被刻蚀的图形;离子注入区的光刻 胶用于掩蔽不需进行掺杂的区域。 10, 确定有光刻胶覆盖硅片的三个生产区,并简单说明光刻胶在各区的作用。 答:光刻区的光刻胶是一种光敏媒介,通过对它进行深紫外线曝光来印制掩膜版的图形,实现图像转移;刻蚀区的光刻胶用于保护不被刻蚀的图形;离子注入区的光刻胶用于掩蔽不需进行掺杂的区域。 11, 什么是中测?什么是成测?探针测试和芯片成品率的统计分别是在哪一次测试? 答:中测:封装前对完成加工的硅片上的所有芯片进行的探针测试和电学测试,已选择出可用的芯片。 成测:对封装后的芯片进行的测试,已确定是否满足电

43、学和特性参数要求。 探针测试是在中测,成品率统计也是在中测。 第四次作业: 1,试给出 CMOS 工艺操作的三种基本类型,并说明每种类型的主要作用及主要工艺。 答:薄膜制作（thinfilm/layer:形成不同材料构成的工艺层； 掺杂（doping:根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等； 图形加工（pattern:将设计的电路图形转移到半导体晶片的各材料层上。 掺杂:半导体工艺中引入掺杂剂主要有两种方法:扩散:是将掺杂气体导入放有硅片的高温炉中,利用高温将杂质扩散到硅片内的一种方法。 离子注入:是将杂质原子变为高能离子束,用其轰击衬底表面使杂质注入硅片内的 一种方

44、法。 薄膜制作:不同材料的薄膜制作所用的工艺不同:氧化（Oxidation:氧化硅（栅氧；淀积（Deposition化学气相淀积（CVD:单晶硅（外延、多晶硅、氧化硅（场氧、氮化硅、耐火金属及这类金属的硅化物;物理气相淀积（PVD:金属薄膜（铝、钛及合金 图形加工:掩膜制作:即制作一个石英版,其上包含了要在硅片上重复生成的图形。光刻:实现掩膜版到光刻胶上的图形转移;刻蚀:实现光刻胶到硅片表面各种薄膜上的图形转移; 2, 工艺最后生长在顶层的介质层称为什么?由什么材料构成?其主要作用是什么? 答:在集成电路制作好以后,为了防制外部杂质（如潮气、腐蚀性气体、灰尘等侵入硅片,通常在硅片表面加上一层保

45、护膜,称为钝化。 目前，广泛采用的是氮化硅做保护膜，其加工过程是在 450 C 以下的低温中，利用高频放电，使 SiH4 和 NH3 气体分解，从而形成氮化硅而落在硅片上。 3, 试画出 CMOS 双阱工艺中器件结构的剖面图并在其上标注出主要材料层的名称。 fieldoxidegateoxide 浅槽隔离 4,IC 集成工艺与分立器件工艺有什么不同? 答:器件隔离 IC 制作过程中，如果两个晶体管或其他器件互相毗邻，它们会因短路而不工作。 故必须开发出某种隔离工艺模块,使每个器件的工作都独立于其他器件状态的能力。 厂At(Cu) 1| UII11 n1 J：叫 illi11 tu Al(Cu)

46、(Cu) Ipwell p-epi I L STI nwell 浅槽隔离 / fieldoxidegateoxide jf/ffff 要把晶体管和其他器件合并起来形成电路必需要器件隔离技术和低电阻率的器件互连技术,它们是 IC 集成技术的两个最基本功能。 5, 画出标准埋层双极晶体管的剖面结构图并标注出相应的材料图。 6, 试说明什么是双极晶体管的埋层以及埋层的作用。 答:埋层:第一次光刻;在 P 型衬底上注入 As 进行 N 型扩散，之后在晶圆表面淀积一层 N 型外延层，则把 N 型扩散区域“埋”在外延层下，将其称为双极晶体管的埋层。 G 钝化层 Neni LLn_ni 轻掺杂 埋层作用:1

47、 相当于在外延层下并联一个阻值小的电阻,大大降低了晶体管集电区串联电阻;2 相当于加宽了寄生管的基区宽度,可以减小寄生 pnp 晶体管的影响。 7, 试说明在标准埋层双极晶体管工艺中器件之间是如何隔离的。 答:在外延层上进行 P+扩散，形成穿透外延层的 P+隔离墙，将外延层分割成若干彼此独立的 N 型隔离“岛”。岛之间隔着“隔离墙”，墙两侧形成两个背靠背的pn结。电路中相互需要隔离的晶体管和电阻等元件分别做在不同的隔离岛上，以实现各元件间的电隔离。把 P 型隔离墙接电路中最低电位（接地,N 型隔离岛接高电压,使两个结都反偏， 从而使每个元器件间相互绝缘的隔离效果最佳， 这种设计称为“结隔离”。

48、 8, 试说明标准埋层双极晶体管的集电极是如何引出的及其作用。 答:形成欧姆接触电极,但在外延层淀积引出处进行高浓度的重掺杂,且穿透外延层和埋层相连,即使集电极 欧姆接触为深掺杂的 n型接触。起作用是进一步降低了晶体管集电极串联电阻和数字电路的输出低电平。 9, 试描述标准埋层双极晶体管工艺的主要流程并说明光刻掩膜版的作用。 答:衬底准备（P型氧化光刻 n+埋层区n+埋层区注入清洁表面生长 n-外延隔离氧化光刻 p+隔离区p+隔离注入p+隔离推进光刻硼扩散区硼扩散氧化光刻磷扩散区磷扩散氧化光刻引线孔清洁表面蒸镀金属反刻金属钝化光刻钝化窗口后工 序 掩膜版:埋层一一一一隔离墙P 扩区N 扩区一一

49、一一引线孔金属连线钝化窗口 10, 试说明 MOSIC 中器件之间是如何隔离的，并说明器件隔离的主要作用和基本方法。 答:如何隔离:由于 MOS 晶体管之间不共享电器件,所以器件本身就是被 pn结隔离;但器件会存在漏电流以及寄生的场效应晶体管,所以又进行氧化物隔离来阻止漏电流以及防止寄生场效应晶体管开启。 主要作用:阻止漏电流,防止寄生型场效应晶体管开启。 基本方法:增加场区氧化层的厚度;增大氧化层下沟道的掺杂浓度（沟道阻断注入 11, 试说明什么是 LOCOS 和它的主要作用以及该工艺的主要步骤，并说明该工艺存在的主要问题和解决方法。 答:LOCOS 即硅的局部氧化隔离技术，是亚微米以前的硅

50、 IC 制造的标准隔离技术。它是采用选择氧化方法来制备厚的场氧化层,且工艺上形成厚的氧化层和高浓度的杂质注入是利用同一次光刻完成的一种器件隔离技术。 步骤:生长一层薄氧化层（padoxide垫氧（LPCVD淀积氮化硅（nitride;Mask1,光刻/刻蚀形成 nitride 图形;去胶;离子注入（场注:boron;湿法氧化技术形成局部氧化层（LOCOS;去除氮化硅和二氧化硅衬垫。 作用:减缓表面台阶（是采用选择氧化方法来制备厚的场氧化层,形成的厚氧化层是半埋入方式（部分凹入的,可减小在材料表面上形成的台阶高度;提高场区阈值电压;减小表面漏电流。 主要问题:在氮化硅边缘形成“鸟嘴”产生白带效应

51、。 解决方法:采用其他材料替代热氧化硅做缓冲层;侧墙掩蔽隔离技术（SWAMI;浅槽沟道隔离（STI技术。12，亚微米 CMOS 工艺采用的标准隔离技术是什么?试说明其主要工艺步骤。 答:浅槽沟道隔离（STI技术 步骤:DepositNitride,Oxide;EtchNitride,OxideandSilicon;StripPhotoresist;HDPCVDOxide;CMPOxide,StoponNitride。 第五次作业: 试说明 LOCOS 和 STI中淀积的衬垫氧化硅层以及场注的主要作用。 答:垫养的作用:LOCOS 和 STI中都是作为缓冲层,用于减缓硅衬底与随后淀积的氮化硅之间

52、的应力,改善硅与沟槽填充氧化物间的界面特性;同时保护有源区在去掉氮化物时免受沾污。 氮化硅的作用:LOCOS 中作为氧化阻挡层,阻止其下的硅衬底发生氧化反应;STI中作为缓冲层（保护层,在淀积STI氧化物时保护有源区及在CMP时充当抛光的阻挡层。 场注的作用:提高场氧化层下硅表面区的杂质浓度,提高寄生场效应管的阈值电压,防止寄生场效应晶体管开启，从而实现 MOSIC 中器件的隔离。 试说明双阱 CMOS 工艺中用到的主要光刻掩膜版及其作用。 答:N 阱,P 阱，多晶硅栅,N+源漏,P+源漏,接触孔，通孔，金属互联及钝化孔。 列出简化的双阱 CMOS 工艺流程中的主要步骤,并说明该流程的两个主要

53、特点。 答:步骤:阱区离子注入;定义有源区刻蚀及在绝缘沟槽中填充氧化物;淀积及形成多晶硅层图形;源区和漏区及衬底接触的离子注入;形成接触和通孔窗口淀积及形成金属层图形。 特点:每一材料层都要进行光刻;硅膳自对准,即硅栅先于源漏区形成。 请说明在形成晶体管的有源区掺杂过程中需要进行哪些保护?分别用什么材料 作为保护层? 答:第一次:有源区的轻掺杂漏注入（LDD 时，用光刻胶保护不需注入的其他区域; 第二次:在对有源区进行更大剂量的注入之前,用氧化硅形成侧墙环绕多晶硅栅 进行保护，以避免发生可能的源漏穿通。 第三次:在对有源区进行大剂量的注入时，同时用光刻胶和氧化硅进行保护。接触孔和通孔的作用是什

54、么?它们是如何形成的?什么是钨塞。试说明其主要作用。 答:接触孔的作用:在金属和非金属导体间提供电学连接;形成:1 钛的淀积 2 退火 3 接触孔光刻，刻蚀金属钛。 通孔的作用:为相邻的不同金属层之间提供电学通路。形成:1 第一层层间介质氧化物淀积（化学气相淀积 2 氧化物磨抛 3 第十层掩膜，第一层层间介质刻蚀。 钨塞:在接触孔和通孔中填充的导电金属，因为常用钨，故称为钨塞。其作用:形 成导体层（金属，多晶硅及源漏区间的电学通路。 金属层间介质的作用是什么?通常用什么材料作层间介质层?答:作用:支撑材料和金属间的绝缘层（以及局部互连介质层通常用氧化硅作为层间介质层。 工艺最后生长在顶层的介质

55、层称为什么?有什么材料构成?其主要作用是什么?答:氮化硅，称为钝化层，其目的是保护产品免受潮气，划伤及淀积的影响。什么是浅槽沟道隔离?其主要作用是什么?说明其主要优点及适用工艺范围?答:是刻蚀掉部分衬底形成沟槽（槽刻蚀， 再在其中回填上介电质（回填作为相邻器件之间的绝缘体的一种器件隔离方法。又分为:浅槽隔离和深槽隔离。 作用:实现器件之间的电学隔离。 优点:可以在全平坦化的条件下是鸟嘴区的宽度接近零。 应用:0.25um 以下工艺的标准器件隔离技术。 试说明在 CMOS工艺中主要采用的器件隔离技术,并说明每种工艺技术的主要特点和适用范围。 答:自隔离:由于 MOS 晶体管之间不共享电器件,所以

56、器件本身就是被 pn结隔离,又称自隔离（Self-isolated。MOSIC 中的晶体管之间不需要做 pn结隔离， 因而可大大提高集成度。 局部氧化（LOCOS 隔离（CMOSIC:是亚微米以前的硅 IC 制造的标准工艺。是采用选择氧化方法来制备厚的场氧化层,且工艺上形成厚的场氧化层和高浓度的杂质注入是利用同一次光刻完成的。 浅槽沟道隔离（STI（CMOSIC:是刻蚀掉部分衬底形成沟槽（槽刻蚀，再在其中回填上介电质（回填作为相邻器件之间的绝缘体的一种器件隔离方法。又分为:浅槽隔离和深槽隔离。适合于晶体管密度远超过 72 10cm 的集成电路。 硅片绝缘体隔离（SOI。 10,什么是硅栅自对准

57、技术?简单说明其主要制作步骤和主要优点。 答:是一种在晶圆片上用单个掩模形成不同区域的的多层结构的技术,是一种可将两次 MASK 步骤合为一次，让多个不同区域一次成形的工艺技术，被称为自对准技术。 步骤:ChannelStopImplantation,BoronQxideEtchBack,StoponNitride;StripNitride,OxideEtchBack,OxideAnnealing。 优点:自对准的,它无需重叠设计简化了工艺;减小了电容,提高了器件和电路速度;无需重叠设计消除了多次掩模所引起的对准误差,提高了套准精度即减小了晶体管尺寸提高了速度,增加了集成度;增加了电路的可靠性

58、;当前 IC工艺的一种常用的工艺方法。 11, 试说明 MOS 工艺中存在的自对准结构及他们的主要优点。 答:源漏的自对准注入（LDD:在硅栅工艺中,利用多晶硅栅的掩蔽作用自对准地进行源漏区的杂质注入,并同时完成多晶硅栅的杂质注入。是将两次掩膜步骤合为一次，让 D,S 和 G 三个区域一次成形的一种自对准技术。 自对准硅化物 （Salicidation:在 IC 工艺中， 形成良好的欧姆接触以减少串联电阻也是 CMOS 集成中关键的一环。目前常用硅化物（silicide 形成良好的接触，即硅与难熔金属形成的化合物,具有金属性质,大大降低了多晶硅栅极和源漏区电阻值;氧化物侧墙可以起到使栅极硅化物

59、与源、漏区硅化物断开的作用。 Self-alignedTwinWell:Advantage:reduceaphotomaskstep;Reducecost;ImproveICchipyield. 12, 试说明 NMOS 和 PMOS 的源漏是如何形成的及为什么? 答:LDD 技术（轻掺杂漏注入技术结构:在沟道的漏端及源端增加低掺杂区。 LDD 使用的较大质量的掺杂材料使硅片的上表面成为非晶态，可降低沟道端口处的掺杂浓度及掺杂浓度的分布梯度,有助于维持浅结。 13, 什么是阱?CMOS 工艺中阱的作用是什么?试说明 CMOS 双阱工艺中的阱是如何形成的? 答:在硅衬底上形成的、掺杂类型或掺杂浓

60、度与硅衬底不同的局部掺杂区域称为阱（well，包括:n阱、p 阱和双阱（dual/twin-well。 作用:对每一种器件独立的设定掺杂分布， 从而使两类器件性能都得到优化;可以 减轻 CMOS 电路的一些常见问题如闩锁效应。 如何形成:LPCVDSi3N4N 阱光刻N 阱注入 P（高能氧化形成氧化硅P 阱光刻P 阱注入 B（高能 14,CMOS工艺中为什么要形成侧墙?在哪一个工艺环节形成及为什么?并说明其形成步骤及主要作用。 答:步骤:1 淀积二氧化硅 2 二氧化硅反刻 作用:用来环绕多晶硅栅，作为 n+和 p+源漏注入中的掩膜,挡住杂质离子向栅极下结构（氧化层各半导体层的注入,防止更大剂量