微电子工艺2022年试卷（含答案）

第第16页学院 姓名 学号 任课教师 考场教室 选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……2023-2023学年第二学期期末考试B卷课程名称：微电子工艺考试形式：开卷 考试日期：20 年 月 日考试时长：120分钟课程成绩构成：寻常10 %，期中 %，试验 %，期末90 %本试卷试题由三 局部构成，共4 页。题号题号一二三四五六七八九十合计得分得分一、简答题〔72分，共126分〕得分1集成电路：多个电子元件，如电阻、电容、二极管和三极管等集成在基片上形成的具有确定芯片功能的电路。关键尺寸：硅片上的最小特征尺寸1218个月，芯片上集成的晶体管数目增加一倍，性能增加一倍2、MOS器件中使用什么晶面方向的硅片，双极型器件呢？请分别给出缘由。MOS：<100> Si/SiO2界面态密度低；双极：<111>生长快，本钱低3pn阱一般分别注入什么离子？为什么一般形成P阱所需的离子注入能量远小于形成nPMOS管一般做在p阱还是n阱中？P阱：注B；N阱：注P。B离子远比P离子要轻，所以同样注入深度，注P所需能量低PMOS管做在n阱中4CVD工艺和反响速度限制CVDLPCVD淀积的薄膜比APCVD淀积的薄膜更均匀？质量输运限制CVD：反响速率不能超过传输到硅片外表的反响气体的传输速率。反响速度限制CVD：淀积速度受到硅片外表反响速度的限制，依靠于温度。LPCVD工作于低压下，反响气体分子具有更大的平均自由程，反响器内的气流条件不重要，只要掌握好温度就可以大面积均匀成膜。学院 姓名 学号 任课教师 考场教室 选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……5、解释为什么目前CMOS工艺中常承受多晶硅栅工艺，而不承受铝栅工艺？多晶硅栅工艺优点：1234566RC延迟，如何削减RC延迟？方法：1、承受电导率更高的互连金属，如Cu取代Al2、承受低K质介质取代SiO2作为层间介质7、列出引入铜金属化的五大优点，并说明铜金属化面临的三大问题，如何解决这些问题？优点：1、电阻率削减，RC延迟削减2、削减功耗3、更高的集成密度4、良好的抗电迁移特性5、更少的工艺步骤问题：1、铜的高集中系数，有可能进入有源区产生漏电2、不能承受干法刻蚀3、低温下很快氧化方法：承受大马士革工艺、增加铜阻挡层金属8供给稳定的金属半导体接触构造、减小源和漏区接触电阻以及栅极和源极以及漏极的寄生交叠电容的工艺。实现过程：侧墙形成—过渡金属〔如Ti〕PVD淀积—低温RTP—氨水和双氧水混合液湿法化学腐蚀—高温RTP。主要优点在于避开光刻的对准误差。9、化学放大如何在光刻胶中实现？为什么要对化学放大深紫外光刻胶进展后烘？对化学放大深紫外光刻胶，PHS树脂与显影液之间是否发生了化学反响？实现：承受一种光酸产生剂PA，进展酸致催化反响而增加DNQ在曝光区中产生。后烘：化学放大光刻胶含有化学保护成分使其不溶解于显影液。曝光后曝光区域由PAG产生酸，在后烘步骤加热时，通过催化反响将保护基团移走，曝过光的区域树脂可溶于显影液。PHS树脂与显影液之间没有发生化学反响。10、什么是离子注入时的沟道效应？列举出三种掌握沟道效应的方法。沟道效应：单晶硅原子为长程有序排列，当注入离子未与硅原子碰撞减速，而是穿透了晶格间隙时，就发生了沟道效应，使预期的设计范围〔如掺杂深度和浓度〕大大扩展。学院 姓名 学号 任课教师 考场教室 选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……方法：1、倾斜硅片2、掩蔽氧化层3、预非晶化113种抑制CMOS电路中闩锁效应〔Latchup〕的方法？方法：1、深埋层2、倒掺杂阱3、承受SOI基片4、承受外延层12、简述有哪几种平坦化工艺，为什么CMP对现今深亚微米光刻很关键？要实现铜金属化必需要承受CMP，为什么？反刻、玻璃回流、旋涂膜层以及化学机械平坦化〔CMP〕CMP平坦化硅片外表可以削减焦深从而获得较高的图形区分率。铜不能利用于干法刻蚀，而要形成铜金属互连，只能承受CMP实现大马士革工艺。得分二、作图题〔12分〕1、简洁示意画出制作在P+硅衬底的P-PMOS管的剖面构造示意图，并标注出电极以及阱、源区和漏区的掺杂类型〔3分〕2LOCOS工艺和STI工艺这两种隔离工艺中任选一种画出形成隔离氧化硅的工艺流程图的介质层生长〔氧化和淀积、光刻〔请注明正胶、负胶〔9分〕LOCOS隔离工艺第36页学院 姓名 学号 任课教师 考场教室 选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……STI隔离工艺第4页共6页第第56页学院 姓名 学号 任课教师 考场教室 选课号/座位号得分………密………封………线………以………内………答………题………无………效……得分三、计算题〔16分〕ox ox ox 21硅片热氧化生长遵从如下公式2 ＋At ＝Bt+其中t 为硅片经过t时间后SiO的生长厚m；B为抛物线速率系数(μm2/h)；B/A为线性速率系数(μm/h)；τ为生成初始氧化层〔同一工艺参数〕所用的时间(h)。我们期望通过对一初始外表氧化层厚度为0的硅片进展一2段氧化过程：干氧(0.5h)—湿氧(2h)来生成厚的SiO2薄膜作为隔离场氧层干氧温度为1100℃，湿氧水汽氧化温度为920℃：ox ox ox 2920℃下水汽氧化相关工艺参数分别为：A=0.50μm，B=0.20μm2/h；1100℃下干氧氧化相关工艺参数分别为：A=0.09μm，B=0.03μm2/h。试计算：、0.5h内干氧生成的Si2厚度〔2分〕b、2h内湿氧水汽氧化所生成的Si2厚度4分〕、整个氧化过程所消耗的硅层的厚度〔2分〕提示：在计算a、b时请留意，需要通过之前的初始SiO2层厚度来确定对应氧化步骤的初始SiO2层生τ〔非真实生长时间，令t=0即得。解：(a)t2

At ＝B(t+τ)0；+ox ox+ox∴τ1＝(t2ox

At )/B=0hox∵t2ox

＋At ＝B(t+τ)，又∵t=0.5h；ox ox 1 1∴t2

＋0.09t ＝0.03×(0.5+0)；即t μmox ox ox答：0.5h内干氧生成的SiO20.0855μm。(b)∵t2

+At

)，又∵湿氧时初始氧化层厚度为0.0855μm；+oxox ox 2+oxox∴τ2＝(t2ox

At )/B=0.25h∵t2

＋At ＝B(t+τ)t

=2h；ox ox 2 2 2∴t2

＋0.5t ＝0.2×(2+0.25)；即t ＝0.4659μmox ox ox答：2h内湿氧水汽氧化所生成的SiO20.4659μm。(c)总的硅片氧化生成的二氧化硅厚度t ＝0.0855+0.4659=0.5514μmoxt＝0.5514×0.45=0.2481μmSi答：整个氧化过程所消耗的硅层的厚度为0.2481μm。2、绝缘层上硅〔SOI〕材料现在在抗辐照超大规模集成电路中得到广泛的应用。我们期望承受大束流氧12英寸SOI材料，注入时扫描面积30cm×30cm，Si相对原子质量ArSi28，单Si体密度ρSi2.30g/cm3，阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023/mol，e=1.6×10-19C。假定注入前后体积不变，注入离子的浓度在注入深度范围内均匀分布。试计算：、注入前单晶Si中Si原子的体密度，即每立方厘米体积有多少Si原子？2分Si原子体密度NSρS/ArS)×N2分〕b、要形成SOI材料，注入O原子的体密度为多少？〔提示：要通过O离子注入形成SiO2埋层，O原子体密度应当为Si原子体密度几倍？2分〕c、形成单片SOI基片时O+1小时，SiO2100nm，那么所需要的注入束流是多少毫安m〕？体密度厚度4分〕解：(a)∵NSi=(ρSi/ArSi)×NA；∴NSi=(2.3/28)×6.02×1023=4.9449×1022/cm3答：注入前单晶Si中Si4.9449×1022/cm3。学院 姓名 学号 任课教师 考场教室 选课号/座位号………密………封………线………以………内………答………题………无………效……∵要通过O离子注入形成SiO2埋层，O原子体密度应当为Si2倍∴NO=4.9449×1022×2=9.8898×1022/