半导体工艺及芯片制造技术问题答案全

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！.activeregion有源区2.activecomponent有源器件3.Anneal退火4.atmosphericpressureCVD(APCVD)常压化学气相淀积5.BEOL〔生产线〕后端工序6.BiCMOS双极CMOS7.bondingwire焊线，引线8.BPSG硼磷硅玻璃9.channellength沟道长度10.chemicalvapordeposition(CVD)化学气相淀积11.chemicalmechanicalplanarization(CMP)化学机械平坦化12.damascene大马士革工艺淀积14.diffusion扩散15.dopantconcentration掺杂浓度16.dryo*idation干法氧化17.epita*iallayer外延层18.etchrate刻蚀速率制造20.gateo*ide栅氧化硅21.ICreliability集成电路可靠性.>.22.interlayerdielectric层间介质〔ILD〕23.ionimplanter离子注入机24.magnetronsputtering磁控溅射25.metalorganicCVD(MOCVD)金属有机化学气相淀积26.pcboard印刷电路板27.plasmaenhancedCVD(PECVD)等离子体增强CVD28.polish抛光29.RFsputtering射频溅射30.silicononinsulator绝缘体上硅〔SOI〕1.什么叫集成电路？写出集成电路开展的五个时代及晶体管的数量？(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。集成电路芯片/元件数无集成1小规模(SSI)2到50产业周期1960年前20世纪60年代前期中规模(MSI)50到5000大规模(LSI)5000到10万超大规模(VLSI)10万到100万甚大规模(ULSI)大于100万20世纪60年代到70年代前期20世纪70年代前期到后期20世纪70年代后期到80年代后期20世纪90年代后期到现在2.写出IC制造的５个步骤？(15分)Waferpreparation(硅片准备)Waferfabrication(硅片制造)Wafertest/sort(硅片测试和拣选)Assemblyandpackaging(装配和封装)Finaltest(终测)3.写出半导体产业开展方向？什么是摩尔定律？(15分)——提高芯片可靠性——严格控制污染。.>.降低本钱——线宽降低、晶片直径增加。摩尔定律指：IC的集成度将每隔一年翻一番。1975年被修改为：IC的集成度将每隔一年半翻一番。4.什么是特征尺寸CD？(10分)最小特征尺寸，称为关键尺寸〔CriticalDimension，CD〕CD常用于衡量工艺难易的标志。5.什么是Moremoore定律和MorethanMoore定律？(10分)"MoreMoore〞指的是芯片特征尺寸的不断缩小。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。与此关联的3D构造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。"MoreThanMoore〞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集成或准确的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。6.名词解释：high-k;low-k;Fabless;Fablite;IDM;Foundry;Chipless(20分)high-k：高介电常数。low-k：低介电常数。Fabless：IC设计公司，只设计不生产。Fablite：轻晶片厂，有少量晶圆制造厂的IC公司。IDM：集成器件制造商(IDM-IntegratedDeviceManufactoryCo.)，从晶圆之设计、制造到以自有品牌行销全球皆一手包办。Foundry：标准工艺加工厂或称专业代工厂商。Chipless：既不生产也不设计芯片，而是设计IP内核，授权给半导体公司使用。7.例举出半导体产业的8种不同职业并简要描述.(15分)故障查询。运行。3.设备工程师：从事确定设备设计参数和优化硅片生产的设备性能。4.工艺工程师：分析制造工艺和设备的性能以确定优化参数设置。5.实验室技师：从事开发实验室工作，建立并进展试验。操作分析设备以确定在硅片制造过程中引起问题的根源。7.成品率提高工程师：收集并分析成品率及测试数据以提高硅片制造性能。工程设计支持。.>.答：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.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准确地把它们转换实现隔离，不会产生电学性能的损失。答：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。当水离，然后包围离子，最后扩散到液体中。.>.答：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、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。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；.>.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，半导体工艺所用产设备是硅片生产中最大的颗粒来源。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，则只承受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。10000作台则提供一个100级的生产环境。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。.>.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2号标准清洗的化学配料为NH4OH/H2O2/H2O这三种化学物按1:1:5到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1：2：8的配比混合，用于去除硅片外表的金属。改进后的RCA清洗可在低温下进展，甚至低到45摄氏度清自然氧化层；(8)UPW清洗:清洗；(9)HCL/H2O2/H2O(SC-2):金属；(10)UPW清洗:清洗；(11)HF/H2O:自然氧化层；(12)UPW清洗:清洗；(13)枯燥:枯燥哪些类型？每种类型各有什么特征？〔40答：分为三种，双极集成电路，MOS集成电路，双极-MOS〔BiMOS〕集成电路。双极集成电路：采用的有源器件是双极晶体管，特点：速度高，驱动能力强，但功耗大，集成能力低。MOS集成电路：采用的有源器件是MOS晶体管，特点：输入阻抗高，抗干扰能力强，功耗小，集成度高。双极-MOS〔BiMOS〕集成电路：同时包含双极和MOS晶体管，特点：综合了速度高，驱动能力强，抗干扰能力强，功耗小，集成度高的优点，但制造工艺复杂。.>.有源元件？例举出两个有源元件的例子。〔30答：无源元件：在不需要外加电源的条件下，就可以显示其特性的电子元件。这些元件无论如何和电源相连，都可以传输电流。如电阻，电容。控制电流方向，可放大信号。如二极管，晶体管。CMOSASIC？〔30分晶体管〔MOSFET〕集成在一块硅片上。使集成电路有功耗低，工作电压范围宽，逻辑摆幅大，使电路抗干扰能力强，隔离栅构造使CMOS器件的输入电阻极大，从而使CMOS期间驱动同类逻辑门的能力比其他系列强得多。ASIC：〔ApplicationSpecificIntegratedCircuits〕专用集成电路，是指应重量轻，功耗低，可靠性好，易于获得高性能，保密性好，大批量应用时显著降低本钱。第一步：用碳加热硅石来制备冶金级硅第二步：通过化学反响将冶金级硅提纯以生成三氯硅烷第三步：利用西门子方法，通过三氯硅烷和氢气反响来生产半导体级硅纯度能到达99.99999999%装.>.章硅片关键尺寸测量的主要工具是扫描电子显微镜〔10万到30万倍，这明显高于光学显微镜，用扫描电子显微镜观测硅ED*或FIB。TEM把加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的散射，散射角的大小与样品的密度、厚度有关，因此可以形成明暗不是惟一定量测量硅片上一些非常小特征尺寸的测量工具4是1托到10e-3高级真空:是高级真空的延伸，通过对真空腔的设计和材料的严格控制尽量减少不需要的气体成分。.>.答：当真空里的压强减低时，气体分子间的空间加大了，这成为气体腔内99.99%的原始空气或其他成分，高级真空泵用来获得压力范围10e-3托到10e-9托的高级和超高级真空。5生产过程中的5设计验证:描述、调在线参数测试:为了监控工艺，在制作过程的早期〔前端〕进展的产IC进展。5答：五个进展在线参数测试的理由为：(1〕鉴别工艺问题:硅片制造.>.确定可靠性与工艺条件的联系时，进展随机的硅片级可靠性测试IC可靠性是指器件在其预期寿命内，在其使用环境中正常工作的概的环境中〔如吧温度提高到85℃，提高偏置电压〕给芯片加电并测小时，这是一种费钱耗时的工作4在线参数测试的4自动测试设备，它控制测试过程〔4〕作为网络主机或客户机的计算机:指导测试系统操作的计算机包括测试软件算法、自动测试设备、故障诊断。测试:第一电学测试是.>.出的正确性。印刷电路板〔PCB〕又称为底板或载体，用焊料将载有芯片的集成电统的接口。4两种最广泛使用的集成电路封装材料是塑料封装和陶瓷封装6是DIP的替代品，用以减小集成电路组件本体所占据电路板的空间。.>.〔5〕具有J体〔LCC〕:是一种电极被管壳周围包起来以保持低刨面的封装形式77基座与电路板的共晶Sn/Pb被开发以集成电路芯片直接固定到具有其它SMT和PIH组件的基座TAB〕:是一种I/O〔CSP〕:一般定义是小于芯片占地面积1.2倍的集成电路封装形式。I/O端得形成。66.>.2.>.①器件保护〔防止划伤和污染〕，因sio2致密；②外表钝化〔饱和悬挂键，降低界面态；需一定厚度，降低漏电流等〕；.>.③用作绝缘介质和隔离〔LOCOS,STI〕如：隔离〔如场氧，需要一定的厚度〕、④绝缘栅〔膜厚均匀，无电荷和杂质，需干氧氧化〕、多层布线绝缘层、电容介质等；⑤选择性扩散掺杂的掩膜化学反响：Si+2H2O->SiO2+2H2水汽氧化与干氧氧化相比速度更快，因为水蒸气比氧气在二氧化硅中扩散更快、溶解度更高①干氧：Si＋O2SiO2氧化速度慢，氧化层枯燥、致密，均匀性、重复性好，与光刻胶的粘附性好②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③湿氧：氧气携带水汽，故既有Si与氧气反响，又有与水汽反响氧化速度、氧化质量介于以上两种方法之间掺杂物、晶体晶向、压力、温度、水蒸气–界面陷阱电荷、可移动氧化物电荷工艺腔、硅片传输系统、气体分配系统、尾气系统、温控系统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1.什么是薄膜？例举并描述可承受的薄膜的8个特性。(15分)薄膜：指*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).>.构造完整和低应力、好的粘附性〔防止分层、开裂致漏电〕2.例举并描述薄膜生长的三个阶段。〔10分〕〔1〕晶核形成别离的小膜层形成于衬底外表，是薄膜进一步生长的根底。〔2〕凝聚成束形成(Si)岛，且岛不断长大〔3〕连续成膜岛束集合并形成固态的连续的薄膜淀积的薄膜可以是单晶〔如外延分〕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、栅氧以及距离硅片外表最近的金属层。介质层层间介质〔ILD〕ILD－1：隔离晶体管和互连金属层；隔离晶体管和外表杂质。采用低k介质作为层间介质，以减小时间延迟，增加速度。4.例举淀积的5种主要技术。〔10分〕（2）蒸发(含MBE)〔3〕旋涂(SOG,SOD)5.描述CVD反响中的8个步骤〔15分〕。.>.1)质量传输2)薄膜先驱物反响3)气体分子扩散4)先驱物吸附5)先驱物扩散进衬底6)外表反响7)副产物解吸8)副产物去除6.例举高k介质和低k介质在集成电路工艺中的作用。〔10分〕〔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DRAMk漏电流。同时，降低工艺难度。有潜力的高k介质：Ta2O5,(BaSr)TiO3.7、名词解释：CVD、LPCVD、PECVD、VPE、BPSG。〔将这些名词翻译成中文并做出解释〕〔10分〕〔1〕CVD、化学气相淀积〔ChemicalVaporDeposition〕是指利用热程。〔2〕低压CVD〔LPCVD〕装片；炉子恒温并对反响室抽真空到1.3Pa；充N2气或其它惰性气体进展吹洗；再抽真空到1.3Pa；完成淀积；关闭所有气流，反响室重新抽到1.3Pa；回充N2气到常压，取出硅片。.>.〔3〕等离子体增强CVD〔PECVD〕淀积温度低，冷壁等离子体反响，产生颗粒少，需要少的清洗空间等等离子体辅助CVD的优点。〔4〕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℃的硅片外表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。这是一种掺硼的SiO2玻璃。可采用CVD方法〔SiH4+O2+PH3+B2H6，400oC~450oC〕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外表平坦性好的层间绝缘膜8、质量输运限制CVD和反响速度限制CVD工艺的区别？〔10分〕1、质量传输限制淀积速率淀积速率受反响物传输速度限制，即不能提供足够的反响物到衬底外表，速率对温度不敏感〔如高压2、反响速度限制淀积速率淀积速率受反响速度限制，这是由于反响温度或压力过低(传输速率快)，提供驱动反响的能量缺乏，反响速率低于反响物传输速度。可以通过加温、加压提高反响速度。9、采用LPCVDTEOS淀积的是什么膜？这层膜的优点是什么？〔10分〕多晶硅薄膜用TEOS(正硅酸乙酯〕-臭氧方法淀积SiO2Si〔C2H5O4〕＋8O3SiO2＋10H2O＋8CO2优点：a、低温淀积；b、高的深宽比填隙能力；c、防止硅片外表和边角损伤；.>.化成电连接7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.>.成和应力诱导腐蚀。P型硅及高浓度NSiO2〔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。1.答：1.电阻率的减小。在20℃μΩμΩ-㎝，减少RC延迟，增加集成密度。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。混合。可承受的阻挡层金属的根本特征是：①好的阻挡扩散特性；②.>.抗电迁移；⑤膜薄和高温下稳定性好；⑥抗腐蚀和氧化。通常用作阻中，用于多层金属化的普通难熔金属有钛、钨、钽、钼、钴和铂。难和铝之间的扩散。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。有源层的粘合剂。3、高温稳定性好，抗电迁移性能好4、可直接在艺兼容。答：在RF溅射系统中，等离子体是由RF场而非DC频率通常为13.56MHz，加在靶电极的反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.>.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。有靶积速率，磁控溅射的概念需要开展PECVD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，刻蚀完成后去掉氧化硅淀积。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。CVDECD淀积铜填充，即填充通孔CMP去除额外的铜：用化学机械平坦去除额外的铜。.>.设备也常称为抛光机。在一台抛光机中，硅片放用旋转运动或轨道运动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〕〔分〕在曝光前已被硬化，它将留在硅片外表，作为后步工艺的保护层，不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5解释什么是暗场掩模板。〔第十三章〕〔分〕透光8例出光刻的个步骤，并对每一步做出简要解释。〔第十三章〕〔分〕.>.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，把掩膜幅员形转移到涂胶的硅片上100到110的热板上进展曝光后烘培第六步：显影，在硅片外表光刻胶中产生图形第七步：坚膜烘培，挥发掉存留的光刻胶溶剂，提高光刻胶对硅片外表的粘附性第八步：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标准要求5在硅片制造中光刻胶的两种目的是什么？〔第十三章〕〔分〕一，将掩膜幅员案转移到硅片外表顶层的光刻胶中二，在后续工艺中，保护下面的材料45例举并描出旋转涂胶的个根本步骤〔第十三章〕〔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伸展到整个硅片外表3，旋转甩掉，甩去多余的光刻胶，在硅片上得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层.>.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，光刻胶胶膜几乎枯燥5描述曝光波长和图像分辨率之间的关系〔第十四章〕〔分〕率就越高图像就越准确5例举并描述光刻中使用的两种曝光光源〔第十四章〕〔分〕240纳米到500纳米之间有用的紫外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〕分〕4.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〕〔分〕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，的包括硅片上所有芯片的一倍掩膜版5光刻中采用步进扫描技术获得了什么好处？〔第十四章〕〔分〕.>.片，它还具有在整个扫描过程调节聚焦的能力11.〔分〕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〕)分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幅员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？〔第十五章〕)分高，反响速度越快，所以要比例高7例举出两种光刻胶显影方法。例举出种光刻胶显影参数。〔第十五章〕〔分〕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.>.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〕3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，可以通过准确控制刻蚀时间来控制刻蚀的厚度。刻蚀选择比SR=EF/ErEF=被刻蚀材料的速率Er=掩蔽层材的刻蚀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。蚀的优点：1