微电子作业答案完美版

1、半导体物理与器件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(15分).集成电路：将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能。小规模时代(SSI),元件数2-50 ；中规模时代(MSI)元件数30-5000 ;大 规模时代(ISI),元件数5000-10万；超大规 模时代(visi ) , 10万-100万；甚大 规模，大于100万。.写出IC制造的5个步骤？ (15分)(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(Wafe

2、r 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。（15 分）.写出半导体产业发展方向？什么是摩尔定律?发展方向：提高芯片性能提图芯片可靠性降低成本摩尔定律：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O.什么是特征尺寸CD （10分）.硅片上的最小牛f征尺寸称为 CD, CD常用于衡量工艺难易的标志。. 什么是 More moore 定律和 More than Moore 定

3、律？ （10 分）More Moore :是指继续遵循Moore定律，芯片特征尺寸不断缩小（Scali ng 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

4、传感功能、通讯功能、局压功能等，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. 名词解释：high-k; low-k; Fabless; Fablite; IDM;Fou ndry;Chipless （20 分）High-k :搞介电常数low-k低介电常数FABLESS:无生产线设计公司IDM整合元件制造商Foundry :铸造厂Fablite :介于 FABLESS 和 IDM 之间 Chipless :无切屑.

5、例举出半导体产业的8种不同职业 并简要描述.（15分）硅片制造师：硅片制造技师负责操作制造设备。设备技师：查询并维修设备。设备工程师：设备工程师专门从事确定设备设计参数和优化硅片生产的设备性能。工艺技师：工艺技师通过查询与工艺相关的问题支持生产设备和工艺工程组现场服务代表：在硅片制造厂，现场服务代表安装制造设备。实验室技师：实验室技师从事开发实验室的工作，建立并进行实验成品率/失效分析师：这些技师从事与缺陷分析相关的工作设备工程师：位硅片制造厂的化学材料，进化空气及常用设备的基础设备提供工程设计支持第三章1.按构成集成电路基础的晶体管分类可以将集成电路分为哪些类型？每种类型各有什么特征?40分

6、）.分为双极型集成电路和 Mos型集成电路两大类；双极型平面晶体 管以及双极型平面晶体管为主要器件，MOS型电路以及MOS晶体管为主要器件.什么是无源元件？例举出两个无源元件的例子。什么是有源元 件？例举出两个有源元件的例子。(30分)无源元件：传输电流不能控制电流方向。例如：电阻电容有源元件：可控制电流方向，放大信号，并产生复杂电路的器件，例如二极管，发光二极管，晶体管. 什么是CMO 技术？ 什么是 ASIC ?( 30分)CMOS技术：以MOS为基础，同时含有 NMOS和PMOS的集成电路技 术。ASIC:专用集成电路，是用户完全的定制设计和制造以满足单个用户的需要 第四章1.例举得到半

7、导体级硅的三个步骤。半导体级硅的纯度能达到多少？(50 分)(1)制备半导体级硅的过程：a )制备冶金级硅：SiC(s)+SiO2(s) f Si(l)+SiO(g)+CO(g)b )化学反应提纯生成三氯硅烷：Si(s)+3HCI(g) f SiHCI3(g)+H2(g)+heat c)生产半导体级硅：2SiHCI3(g)+2H2(g) f 2Si(s)+6HCI(g) (2)半导体级硅的纯度能达到99.9999999%30分）2?将圆柱形的单晶硅锭制备成硅片需要哪些工艺流程？（ 答：晶体生长f整型f切片f磨片倒角f腐ff抛光f清洗f检查f包装3.什么是外延层？为什么硅片上要使用外延层？ （2

8、0分）外延层：硅基片作为籽晶在硅片上生长的一薄层硅外延层与衬底有相同的晶体结构，保持了对杂质类型和浓度的控制第九章1.例举出芯片厂中6个不同的生产区域并对每一个生产区域做简单 描述。（20分）.答：芯片厂中通常分为扩散区、光刻区、刻蚀区、离子注入区、薄膜生长区和抛光区6个生产区域： 扩散区是进行高温工艺及薄膜积淀的区域，主要设备是高温炉和湿法清洗设备；光刻区是芯片制造的心脏区域，使用黄色荧光管照明，目的是 将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上；刻蚀工艺是在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形；离子注入是用高压和磁场来控制和加速带着要掺杂的杂质的气体；高能杂质离子穿透涂胶硅片的表面，形成

9、目标硅片；薄膜生长主要负责生产各个步骤中的介质层与金属层的淀积。 抛光，即CM （化学机械平坦化）工艺的目的是使硅片表面 平坦化.离子注入前一般需要先生长氧化层，其目的是什么？ （10分）答：氧化层保护表面免污染，免注入损伤，控制注入温度.离子注入后为什么要进行退火？（10分）推进，激活杂质，修复损伤.光刻和刻蚀的目的是什么？ （ 20分）光刻的目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上，而刻蚀 的目的是在硅片上无光刻胶保护的地方留下永久的图形。即将图形转移到硅片表面。.为什么要采用LDD工艺？它是如何减小沟道漏电流的？ （10分）沟道长度的缩短增加了源漏穿通的可能性，将引起不需要的漏电流

10、，所以需要采用LDD工艺。轻掺杂漏注入使碑和 BF2这些较大质量的掺杂材料使硅片的上表面成为非晶态。大质量材料和表面非晶态的结合有助于维持浅结，从而减少源漏间的沟道漏电流效应.为什么晶体管栅结构的形成是非常关键的工艺？更小的栅长会引发什么问题？ （10分）答：因为它包括了最薄的栅氧化层的热生长以及多晶硅栅的刻印和刻蚀，而后者是整个集成电路工艺中物理尺度最小的结构。多晶硅栅的宽度通常是整个硅片上最关键的 CD线宽。随着栅的宽度不断减少，栅结构（源漏间的硅区域）下的沟道长度也不断减少。晶体管中沟道长度的减少增加了源漏间电荷穿通的可能性，并引起了不希望的沟道漏电流。7、描述金属复合层中用到的材料？（

11、10分）答：.淀积Ti,使鸨塞和下一层金属良好键合，层间介质良好键合；AI,Au合金，加入铜抗电迁移TiN作为下一次光刻的抗反射层8 STI隔离技术中，为什么采用干法离子刻蚀形成槽？（10分）答：采用干法刻蚀，是为了保证深宽比第十章1.二氧化硅薄膜在集成电路中具有怎样的应用？ （15分）1?保护器件避免划伤和沾污2?限制带电载流子场区隔离（表面钝化）.栅氧或存储单元结构中的介质材料.掺杂中的注入掩蔽.金属导电层间的电介质.减少表面悬挂键.说明水汽氧化的化学反应，水汽氧化与干氧氧化相比速度是快还是慢？为什么？ （ 15分）化学反应：Si+2H2O-SiO2+2H2水汽氧化与干氧氧化相比速度更快，

12、因为水蒸气比氧气在二氧化硅中扩散更快、溶解度更高.描述热氧化过程。（20分）.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.水汽氧化：Si+H2OSiO2 （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.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.影响氧化速度的因素有哪些？ （15分）掺杂物、晶体晶向、压力、温度、水蒸气.例举并描述热生长SiO2 - Si系统中的电荷有哪些？ （ 15分）.界面陷阱电荷、可移动氧化物电荷.立式炉系统的五部分是什么？例举并简单

13、描述（20分）.工艺腔、硅片传输系统、气体分配系统、尾气系统、温控系统。工艺腔是对硅片加热的场所，由垂直的石英罩钟、多区加热电阻丝和加热管套组成硅片传输系统在工艺腔中装卸硅片，自动机械在片架台、炉台、装片台、冷却台之间移动气体分配系统通过将正确的气体通到炉管中来维持炉中气氛控制系统控制炉子所有操作，如工艺时 间和温度控制、工艺步骤的顺 序、气体种类、气流速率、升降温速 率、装卸硅片第十一章.什么是薄膜？例举并描述可接受的薄膜的 8个特性。（15分）薄膜：指某一维尺寸远小于另外两维上的尺寸的固体物质。.好的台阶覆盖能力.高的深宽比填隙能力（3:1）厚度均匀（避免针孔、缺陷）高纯度和高密度.受控的

14、化学剂量.结构完整 和低应力（导 致衬底变形，好的粘附性.例举并描述薄膜生长的三个阶段。（10分）晶核形成分离的小膜层形成于衬底表面，是薄膜进一步生长的基础。凝聚成束形成（Si）岛，且岛不断长大连续成膜 岛束汇合并形成固态的连续的薄膜 淀积的薄膜可以 是单晶（如外延层）、多晶（多晶硅栅）和无定形（隔离介质，金属 膜）的。.什么是多层金属化？它对芯片加工来说为什么是必需的？（ 10分）答：多层金属化：用来连接硅片上高密度器件的金属层和绝缘层.关键层：线条宽度被刻蚀为器件特征尺寸的金属层。.对于ULSI集成电路而言，特征尺寸的范围在形成栅的多晶硅、栅氧以及距离硅片表面最近的金属层。介质层.层间介质

15、（ILD）ILD- 1:隔离晶体管和互连金属层；隔离晶体管和表面杂质。采 用低k介质 作为层间介质，以减小时间延迟，增加速度。.例举淀积的5种主要技术。（10分）答：膜淀积技术分类 化学方法（1） CVD a.APCVD （Atmosphereb. LPCVD Pressure Chemical Vapor Depositio n ）避免分层、开裂致漏电）c.等离子体辅助 CVD : HDPCVD （High-Density Plasma CVD ）、PECVD （Plasma en ha need CVD ）d. VPE和金属有机化学气相淀积（2）电镀：电化学淀积（ECD、化学镀层物理方法：

16、（1） PVD （2）蒸发（含MBE） （3）旋涂（SOG, SOD）.描述CVD反应中的8个步骤（15分）。答：1）质量传输2）薄膜先驱物反应3）气体分子扩散4）先驱物吸附5）先驱物扩散进衬底6）表面反应7）副产物解吸8）副产物去除.例举高k介质和低k介质在集成电路工艺中的作用。（10分）答：（1）低k介质须具备低泄漏电流、低吸水性、低应力、高附着力、高硬度、高稳定性、好的填隙能力，便于图形制作和平坦化、耐酸碱以及低接触电阻。研究较多的几种无机低介电常数（二）高k介质应DRAM存储器高密度储能的需要，引入了高k介质，在相同电容（或储能密度）可以增加 栅介质的物理厚度，避免薄 栅介质隧穿和大的

17、栅漏电流。同时，降低工艺难度。有潜力的高k介质：Ta2O5, （BaSr） TiO37、名词解释：CVD LPCVD PECVDVPE BPSG （将这些名词翻译成中文并做出解释）（10分）答：（1） CVD 化学气相淀积（Chemical Vapor Deposition ）是指利用热能、辉光放电等离子体或其它形式的能源，使气态物质在固体的热表面上发生化学反应并在该表面上淀积，形成稳定的固态物质的工艺过程(2)低压CVD ( LPCVD装片；炉子恒温并对反应室抽真空到 1.3 Pa ;充 N2气或其它惰性气体进行吹洗；再抽真空到 1.3 Pa ;完成淀积；关闭所有气 流，反应室重新抽到1.3

18、 Pa ;回充N2气到常压，取出硅片。等离子体增强CVD (PECVD淀积温度低，冷壁等离子体反应，产生颗粒少，需要 少的清洗空间等等离子体辅助 CVD的优点。VPE气相外延：硅片制造中最常用的硅外延方法是气相外延，属于CVD范畴。在温度为800-1150 C的硅片表面通过含有所需化 学物质的 气体化合物，就可以实现气相外延。BPSG 硼磷硅玻璃 (boro-phospho-silicate-glass , BPSG :这是一种 掺硼的 SiO2 玻璃。可采用 CVD 方法(SiH4+O2+PH3+B2H6 400oC450oC 来制备。BPSG与PSG (磷硅玻璃)一样，在高温下 的流动性较好，广泛用 作为半导体芯片表面平坦性好的层间绝缘膜。8质量输运限制CVD和反应速度限制CVDT艺的区别？( 10分).答：1、质量传