课程作业一答案广陵学院微电子工艺完美版Word格式文档下载.docx

课程作业一答案广陵学院微电子工艺完美版Word格式文档下载.docx

《课程作业一答案广陵学院微电子工艺完美版Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程作业一答案广陵学院微电子工艺完美版Word格式文档下载.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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最常用的源：

Freeman离子源。

Fablite：

介于FABLESS和IDM之间Chipless：

无切屑

第十三、十四、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）

1.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的热板上进行曝光第六步：

显影，在硅片表面光刻胶中产生图形后烘培。

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？

一，将掩膜版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中工艺中，保护下面的材料

二，在后续伸展到整个硅片表面得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层

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

3，旋转甩掉，甩去多余的光刻胶，在硅片上

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）

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）

答：

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？

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？

答.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）

答.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？

答.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

答.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）

2.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）3.刻蚀选择比SR=EF/ErEr=掩蔽层材的刻蚀速率EF=被刻蚀材料的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？

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、片缺间、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。

5.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？

6.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）

7.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。

8.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。

9.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）

答

（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）

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）

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）

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：

①好的阻挡扩散；

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？

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。

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。

如果这些电子被限制与离子碰撞，导致更多的离子产生以轰击靶，那么它的溅射率将高得多。

在硅片制造业中为克服低效率，并取得高的金属淀积速率，磁控溅射的概念需要发展

8.例举双大马士革金属化过程的10个步骤。

（1）SiO2淀积:

用PECVD淀积内层氧化硅到希望的厚度。

（2）SiN刻蚀阻挡层淀积:

厚250?

的SiN刻蚀阻挡层被淀积在内层氧化硅上。

SiN需要致密，没有针孔，因此使用HDPCVD。

（3）确定通孔图形和刻蚀:

光刻确定图形、干法刻蚀通孔窗口进入SiN中，刻蚀完成后去掉光刻（4）淀积保留介质的SiO2:

为保留层间介质，PECVD氧化硅淀积。

（5）确定互连图形:

光刻确定氧化硅槽图形，带胶。

在确定图形之前将通孔窗口放在槽里。

（6）刻蚀互连槽和通孔。

（7）淀积阻挡层金属:

在槽和通孔的底部及侧壁用离子化的PCVD淀积钽和氮化钽扩散层。

（8）淀积铜种子层:

用CVD淀积连续的铜种子层，种子层必须是均匀的并且没有针孔。

（9）淀积铜填充:

用ECD淀积铜填充，即填充通孔窗口也填充槽。

（10）用CMP清除额外的铜：

用化学机械平坦清除额外的铜。

9．描述化学机械平坦化工艺。

（第十八章）（10分）。

答.：

CMP：

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。

它通过硅片和一个跑光头之间的相对运动来平坦化硅片表面，在硅片和抛光头之间有磨料，并同时施加压力。

CMP设备也常称为抛光机。

在一台抛光机中，硅片放在一个硅片固定器或载片头上，并面向转盘上的抛光垫。

硅片和抛光垫之间的相对运动由设备制造商进行不同的控制。

大部分抛光机都采用旋转运动或轨道运动

第二、五、六章

1.最通常的半导体材料是什么？

该材料使用最普遍的原因是什么？

（第二章）（10分）

最通常的半导体材料是硅。

原因：

1.硅的丰裕度;

2.更高的融化温度允许更高的工艺容限;

3.更宽的工作温度范围;

4.氧化硅的自然生成.

2.砷化镓相对于硅的优点是什么？

（第二章）（5分）

砷化镓具有比硅更高的电子迁移率，因此多数载流子也移动得比硅中的更快。

砷化镓也有减小寄生电容和信号损耗的特性。

这些特性使得集成电路的速度比由硅制成的电路更快。

GaAs器件增进的信号速度允许它们在通信系统中响应高频微波信号并精确地把它们转换成电信号。

硅基半导体速度太慢以至于不能响应微波频率。

砷化镓的材料电阻率更大，这使得砷化镓衬底上制造的半导体器件之间很容易实现隔离，不会产生电学性能的损失。

3.描述在硅片厂中使用的去离子水的概念。

（第五章）（5分）

去离子水:

在半导体制造过程中广泛使用的溶剂，在它里面没有任何导电的离子。

DIWater的PH值为7，既不是酸也不是碱，是中性的。

它能够溶解其他物质，包括许多离子化合物和供价化合物。

当水分子（H2O）溶解离子化合物时，它们通过克服离子间离子键使离子分离，然后包围离子，最后扩散到液体中。

4.例举出硅片厂中使用的五种通用气体。

4.答：

氧气（O2）、氩气（Ar）、氮气（N2）、氢气（H2）和氦气（He）

.5对净化间做一般性描述。

（第六章）（10分）

净化间是硅片制造设备与外部环境隔离，免受诸如颗粒、金属、有机分子和静电释放（ESD）的玷污。

一般来讲，那意味着这些玷污在最先进测试仪器的检测水平范围内都检测不到。

净化间还意味着遵循广泛的规程和实践，以确保用于半导体制造的硅片生产设施免受玷污。

6.什么是硅片的自然氧化层？

由自然氧化层引起的三种问题是什么？

6.答：

自然氧化层:

如果曝露于室温下的空气或含溶解氧的去离子水中，硅片的表面将被氧化。

这一薄氧化层称为自然氧化层。

硅片上最初的自然氧化层生长始于潮湿，当硅片表面暴露在空气中时，一秒钟内就有几十层水分子吸附在硅片上并渗透到硅表面，这引起硅表面甚至在室温下就发生氧化。

自然氧化层引起的问题是：

①将妨碍其他工艺步骤，如硅片上单晶薄膜的生长和超薄氧化层的生长。

②另一个问题在于金属导体的接触区，如果有氧化层的存在，将增加接触电阻，减少甚至可能阻止电流流过。

③对半导体性能和可靠性有很大的影响。

7.例举硅片制造厂房中的7种玷污源。

7.答：

硅片制造厂房中的七中沾污源：

（1）空气:

净化级别标定了净化间的空气质量级别，它是由净化室空气中的颗粒尺寸和密度表征的；

（2）人:

人是颗粒的产生者，人员持续不断的进出净化间，是净化间沾污的最大来源；

（3）厂房:

为了是半导体制造在一个超洁净的环境中进行，有必要采用系统方法来控制净化间区域的输入和输出；

（4）水:

需要大量高质量、超纯去离子水，城市用水含有大量的沾污以致不能用于硅片生产。

去离子水是硅片生产中用得最多的化学品（5）工艺用化学品:

为了保证成功的器件成品率和性能，半导体工艺所用的液态化学品必须不含沾污；

（6）工艺气体:

气体流经提纯器和气体过滤器以去除杂质和颗粒；

（7）生产设备:

用来制造半导体硅片的生产设备是硅片生产中最大的颗粒来源。

8.解释空气质量净化级别。

（第六章）（5分）

8.答：

净化级别标定了净化间的空气质量级别，它是由净化室空气中的颗粒尺寸和密度表征的。

这一数字描绘了要怎样控制颗粒以减少颗粒玷污。

净化级别起源于美国联邦标准2009.如果净化间级别仅用颗粒数来说明，例如1级净化间，则只接受1个0.5um的颗粒。

这意味着每立方英尺中尺寸等于或大于0.5um的颗粒最多允许一个。

9.描述净化间的舞厅式布局。

9.答：

净化间的舞厅式布局为大的制造间具有10000级的级别，层流工作台则提供一个100级的生产环境。

10.解释水的去离子化。

在什么电阻率级别下水被认为已经去离子化？

10.答：

用以制造去离子水的去离子化过程是指，用特制的离子交换树脂去除电活性盐类的离子。

18MΩ-cm电阻率级别下水被认为已经去离子化。

11.描述RCA清洗工艺。

11.答：

工业标准湿法清洗工艺称为RCA清洗工艺，由美国无线电公司（RCA）于20世纪60年代提出。

RCA湿法清洗由一系列有序的浸入两种不同的化学溶液组成：

1号标准清洗液（SC-1）和2号标准清洗液（SC-2）。

SC-1的化学配料为NH4OH/H2O2/H2O这三种化学物按1:

1:

5到1：

2：

7的配比混合，它是碱性溶液，能去除颗粒和有机物质，SC-1湿法清洗主要通过氧化颗粒或电学排斥起作用。

SC-2的组分是HCL/H2O2/H2O,按1：

1：

6到1：

8的配比混合，用于去除硅片表面的金属。

改进后的RCA清洗可在低温下进行，甚至低到45摄氏度

12.例出典型的硅片湿法清洗顺序。

（第六章）（10分

12.硅片清洗步骤：

（1）H2SO4/H2O2（piranha）:

有机物和金属；

（2）UPW清洗（超纯水）:

清洗；

（3）HF/H2O（稀HF）:

自然氧化层；

（4）UPW清洗:

清洗；

（5）NH4OH/H2O2/H2O（SC-1）:

颗粒；

（6）UPW清洗:

（7）HF/H2O:

（8）UPW清洗:

（9）HCL/H2O2/H2O（SC-2）:

金属；

（10）UPW清洗:

（11）HF/H2O:

（12）UPW清洗:

（13）干燥:

干燥

第七、八、十九、二十

1..给出半导体质量测量的定义。

例出在集成电路制造中12种不同的质量测量（第七章）（10分）

答.半导体质量测量定义了硅片制造的规范要求，