大规模集成电路工艺复习题.docx

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大规模集成电路工艺复习题

大规模集成电路工艺复习题

成都理工大学工程技术学院

日期：

2014年10月10日

姓名：

孟照伟

一填空

•1.硅晶胞的结构是金刚石结构，结构特点是两套面心立方格子沿体心对角线位移四分之一长度套构而成，一个一个硅晶胞中的原子数为8个（8*1/8+6*1/2+4=8）。

•2.多晶硅按纯度分类可以分为冶金级硅（工业硅）、太阳能级硅、电子级硅。

其中电子级硅主要用于半导体芯片制造。

•3目前世界上的多晶硅生产工厂主要采用两种方法制备多晶硅。

一种是硅烷法：

另一种是改良西门子法。

•4.单晶硅生长常用（直拉法）和（区熔法）两种生长方式。

•5直拉法生产单晶硅的工艺过程中，生长阶段包括引晶-缩晶-放肩-等径生长-收尾

•6晶圆制备的九个工艺步骤分别是（单晶生长）、整型、（切片）、磨片倒角、刻蚀、（抛光）、清洗、检查和包装。

•7.在外延工艺中，如果膜和衬底材料相同，例如硅衬底上长硅膜，这样的膜生长称为（同质外延）；反之，膜和衬底材料不一致的情况，例如硅衬底上长氧化铝，则称为（异质外延）。

•8SiO2按结构特点可以分为结晶形SiO2和无定形SiO2。

•9在无定型SIO2中，与两个相邻的Si-O四面体中心的硅原子形成共价键的氧称为桥键氧，只与一个Si-O四面体中心的硅原子形成共价键的氧称为非桥键氧，结晶态和无定形态区分——非桥联氧是否存在。

10.硅热氧化是氧分子或水分子在高温下与硅发生化学反应，并在硅片表面生长氧化硅的过程。

根据氧化剂的不同，分为干氧、湿氧、水汽氧化三种氧化方式。

11.在集成电路工艺中，我们把将所需的杂质，以一定的方式掺入到半导体基片规定的区域内，并达到规定的数量和符合要求的分布称为掺杂，它的目的是改变半导体的电特性。

12.在扩散工艺中，按杂质扩散进入硅片后的分布形式分类：

可分为恒定表面源扩散分布（余误差分布）和有限表面源扩散分布（高斯分布）

13、如果所示，在扩散机制中，存在两种杂质，其中杂质原子半径较小的为间隙式杂质，杂质原子与本体原子电子壳层和价电子数接近，半径大小相当的为替位式杂质

•14杂质在硅晶体中的扩散机制主要有两种，分别是（间隙式扩散机制）扩散和（替代式扩散机制）扩散。

•15集成电路制造中掺杂类工艺有（热扩散）和（离子注入）两种。

在目前生产中，扩散方式主要有两种：

恒定表面源扩散和（有限表面源扩散）。

•16目前常用的CVD系统有：

（APCVD）、（LPCVD）和（PECVD）。

•17缩略语PECVD、LPCVD、和APCVD的中文名称分别是（等离子体增强化学气相淀积）、（低压化学气相淀积）、和（常压化学气相淀积）。

•18在集成电路工艺中，我们把离化后的原子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的表层，以改变这种材料表层的物理或化学性质叫做离子注入，但是这种工艺会带来晶格损伤，需要进行热退火。

•19在集成电路工艺中，利用某种物理过程，例如蒸发或者溅射现象实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底表面上，并淀积成薄膜。

称为物理气相淀积，它的两种工艺方法为蒸发和溅射。

•20在物理气相淀积蒸发工艺中，多组分薄膜的蒸发方法根据蒸发源的不同可分为单源蒸发法，多源同时蒸发法以及多源顺序蒸发法。

•21光刻就是将掩膜版上的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感的薄膜材料上去的工艺过程。

光刻三要素为掩模版，光刻胶和曝光机

•22在光刻胶的选择中，曝光部分被溶解，非曝光部分保留，选取正胶,非曝光部分被溶解，曝光部分保留,选取负胶

•23，在光刻工艺中，掩膜版的衬底材料为熔融石英，淀积在衬底材料上的一般为铬，通过溅射淀积得到。

•24在刻蚀工艺中，把硅片放在化学腐蚀液里，有选择地去除表面层材料的过程称为湿法刻蚀，把硅片放在气体等离子体中，有选择地去除表面层材料的过程称为干法刻蚀。

•25刻蚀是用（化学方法）或（物理方法）有选择地从硅片表面去除不需要材料的工艺过程，其基本目标是（在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形）。

•26湿法刻蚀是各向同性刻蚀，用化学方法，不能实现图形的精确转移，适用于特征尺寸≥3μｍ的情况，干法刻蚀是各向异性刻蚀，用物理和化学方法，能实现图形的精确转移，是集成电路刻蚀工艺的主流技术。

•27在光刻技术的常见问题中，把显影或刻蚀时，硅片表面胶膜大面积起皱甚至脱落现象称为浮胶，残留在光刻窗口上局部细小的二氧化硅层，并导致后续扩散或离子注入导致PN结不平坦，影响器件性能的情况称为小岛，胶膜不完整，在光刻窗口以外的二氧化硅层上产生细小孔洞，造成不应掺杂的区域也有杂质扩散进去情况称为针孔。

•28在集成电路的分类中，根据载流子的不同进行分类，其中参与导电的载流子既包括电子也包括空穴称为双极型集成电路，参与导电的载流子只有电子或者空穴称为MOS型集成电路。

•29在mos器件中，参与导电的载流子为电子的称为NMOS参与导电的载流子为空穴的为PMOS

•30在集成电路封装工艺中，按照器件与电路板的互连方式可分为：

通孔插装式和表面贴装式。

•31曝光按光源不同可分为光学曝光、X射线曝光、电子束曝光等；按掩膜版位置不同可分为接触式曝光、接近式曝光和投影式曝光。

二判断题

•1半导体级硅的纯度为99.9999999%。

（√）

•2冶金级硅的纯度为98%。

（√）

•3.区熔法是20世纪50年代发展起来的，能生产到目前为止最纯的硅单晶，含氧量非常少。

（√）

•4.85%以上的单晶硅是采用CZ直拉法生长出来的。

（√）

•5.暴露在高温的氧气氛围中，硅片上能生长出氧化硅。

生长一词表示这个过程实际是消耗了硅片上的硅材料。

（√）

•6.二氧化硅是一种介质材料，不导电。

（√）

•7.虽然直至今日我们仍普遍采用扩散区一词，但是硅片制造中已不再用杂质扩散来制作pn结，取而代之的是离子注入。

（√）

•8.CVD是利用某种物理过程，例如蒸发或者溅射现象实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底（硅）表面上，并淀积成薄膜。

（×）

•9.在半导体产业界第一种类型的CVD是APCVD。

（√）

•10.外延就是在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层，分为同质外延和异质外延两大类。

（√）

•11光刻是集成电路制造工艺发展的驱动力。

（√）

•12各向异性的刻蚀剖面是在所有方向上（横向和垂直方向）以相同的刻蚀速率进行刻蚀。

（×）

•13不正确的刻蚀将导致硅片报废，给硅片制造公司带来损失。

（√）

•14刻蚀速率通常正比于刻蚀剂的浓度。

（√）

•15在刻蚀中用到大量的化学气体，通常用氟刻蚀二氧化硅。

（√）

•16在晶片制造中，有两种方法可以向硅片中引入杂质元素，即热扩散和离子注入。

（√）

•17扩散运动是各向同性的。

（×）水分子扩散的各向异性

•18离子注入会将原子撞击出晶格结构而损伤硅片晶格，高温退火过程能使硅片中的损伤部分或绝大部分得到消除，掺入的杂质也能得到一定比例的电激活。

（√）

•19P是VA族元素，其掺杂形成的半导体是P型半导体。

（√）

•20硼是VA族元素，其掺杂形成的半导体是P型半导体。

（×）

•21离子注入是唯一能够精确控制掺杂的手段。

（√）

•22离子注入是一个物理过程，不发生化学反应。

（√）

•23离子注入中高能量意味着注入硅片更深处，低能量则用于超浅结注入。

（√）

•24世界上第一块集成电路是用硅半导体材料作为衬底制造的。

（×）

三、词解释

1.多晶：

由大小不等的晶粒组成，而晶粒由晶胞在三维空间整齐重复排列构成多晶的原子排列短程有序长程无序。

单晶：

晶胞在三维空间整齐重复排列，这样的结构叫做单晶。

单晶的原子排列长程有序。

2.晶体缺陷：

就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。

•3.籽晶是作为复制样本，使拉制出的硅锭和籽晶有相同的晶向；籽晶是作为晶核，有较大晶核的存在可以减小熔体向晶体转化时必须克服的能垒（即界面势垒）。

•4.外延：

是指在单晶衬底（如硅片）上，按衬底晶向生长单晶薄膜的工艺过程。

生长有外延层的硅片称为外延片。

•5.自掺杂效应：

在外延生长过程中，衬底或外延层中的杂质进入边界层中，改变了边界层的掺杂成份和浓度，导致外延层中杂质的实际分布偏离理想情况。

•6.掺杂：

将所需的杂质，以一定的方式掺入到半导体基片规定的区域内，并达到规定的数量和符合要求的分布。

•7.扩散：

将掺杂气体导入放有硅片的高温炉中，从而达到将杂质扩散到硅片内的目的。

•8.离子注入：

离化后的原子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的表层，以改变这种材料表层的物理或化学性质

•9.快速热退火：

在氮气或惰性气体的气氛下，极短的时间内，把晶片温度加热到所需的温度，并在较短的时间内完成退火。

•10、化学气相淀积：

通过气态物质的化学反应，在衬底上淀积一层薄膜的工艺过程。

•11、物理气相淀积：

利用某种物理过程，例如蒸发或者溅射现象实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底表面上，并淀积成薄膜。

12蒸发：

在真空条件下，加热蒸发源，使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸气流并入射到硅片（衬底）表面，凝结形成固态薄膜。

13.溅射：

利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶电极，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中使靶原子溅射出来。

被溅射出来的原子沿一定方向射向衬底，实现在衬底上的薄膜淀积。

•14光刻：

光刻就是将掩膜版上的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感的薄膜材料上去的工艺过程。

•15刻蚀：

用化学或物理的方法，有选择地去除硅片表面层材料的过程称为刻蚀。

•16工艺集成：

把氧化、扩散、沉积、光刻、刻蚀、离子注入、蒸发与溅射以及化学机械抛光，这些单项工艺的组合称为工艺集成。

•17封装：

把封装体与基板连接固定，装配完成的系统和电子设备，这种工艺称为“封装。

•18摩尔定律：

当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

四、画图题

•重点：

画出并描述光刻的基本工艺流程

五、问答题

•1.简述什么叫做缺陷，并详细描述缺陷的分类？

•缺陷的含义：

晶体缺陷就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。

•2.简述半导体硅材料的主要用途？

1）用作电力整流器和可控硅整流器;

2）用作硅二极管；

3）生产晶体管及集成电路;

4）生产太阳能电池。

5）光伏发电等。

•3简述从石英砂到硅锭的生产流程？

•4.简述直拉法生长单晶硅的工艺流程？

生长

•引晶是将籽晶与熔体很好的接触。

•缩晶在籽晶与生长的单晶棒之间缩颈，晶体最细部分直径只有2-3mm。

•放肩将晶体直径放大至需要的尺寸。

•转肩：

提高拉速进行转肩操作，使肩部近似直角

•等径生长拉杆与坩埚反向匀速转动拉制出等径单晶。

拉升速度、转速，以及温度决定晶体直径大小，缩晶与放肩处的直径也是由拉升速度、转速，以及温度控制。

•收尾直径逐渐缩小离开熔体。

•5简述动态逻辑门电路的优缺点？

•优点

v输入电容减半.

v只使用开关速度比较高速的NMOS

v只要输入电压高于阈值电压，电路开始工作

缺点

•缺点1：

各输入信号在求值阶段变化，会发生逻辑错误

•缺点2：

各输入信号求值阶段变化改变，会引起电荷分享问题，使输出信号受到破坏

•缺点3：

:

:

电荷泄漏

•缺点4：

简单的单相时钟动态CMOS门不能进行级联

•缺点5:

时钟馈通

•6.什么是自掺杂效应，降低自掺杂效应的方法？

•自掺杂效应：

在外延生长过程中，衬底或外延层中的杂质进入边界层中，改变了边界层的掺杂成份和浓度，导致外延层中杂质的实际分布偏离理想情况。

•7.简述什么叫做硅热氧化，并详细描述硅的热氧化三种方式以及各自优缺点？

三种热氧化层质量对比

•8、什么叫做掺杂，掺杂的目的是什么，并对掺杂的应用以及掺杂方法进行举例说明？

•9什么叫做热退火，以及热退火的作用？

•热退火：

在某一高温下保持一段时间，使杂质通过扩散进入替位，有电活性；并使晶体损伤区域“外延生长”为晶体，恢复或部分恢复硅的迁移率，少子寿命。

•10什么是光刻，光刻的目的是什么?

•11简述集成电路按照载流子不同的分类情况，并详细描述各自集成电路的优缺点？

双极型集成电路和MOS集成电路优缺点

双极型集成电路

速度高、驱动能力强、模拟精度高、功耗比较大

CMOS集成电路

低的静态功耗、宽的电源电压范围、宽的输出电压幅度（无阈值损失），具有高速度、高密度潜力；电流驱动能力低

•重点：

12简述P-WELLCMOS集成电路工艺流程？

（要求列出光刻过程）

•光刻1：

P-WELL光刻

•光刻2：

有源区光刻

•光刻3：

光刻多晶硅

•光刻4：

p+区光刻

•光刻5：

n+区光刻

•光刻6：

光刻接触孔

•光刻7：

光刻铝线

•光刻8：

光刻钝化孔