微電子工藝作業(yè)參考答案(第1-第10次)-副本

1、微電子工藝作業(yè)參考答案第一次作業(yè)（全體交）1、簡單敘述微電子學(xué)對人類社會的作用答：自上世紀(jì)40年代晶體管誕生以來，微電子學(xué)科技術(shù)發(fā)展異常迅猛，目前已進(jìn)入到巨大規(guī)模集成電路和系統(tǒng)集成時代，已經(jīng)成為整個信息時代的標(biāo)志和基礎(chǔ)?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有微電子就沒有今天的信息社會?？v觀人類社會發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式的重大變革都是由新的科學(xué)發(fā)明而引起的?？茖W(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)力，推動者社會向前發(fā)展。1774年，英國格拉斯哥大學(xué)的修理工瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，觸發(fā)了第一次工業(yè)革命，產(chǎn)生了近代紡織業(yè)和機(jī)械制造業(yè)，使人類進(jìn)入了利用機(jī)器延伸和發(fā)展人類體力勞動的時代。1866年，德國科學(xué)家西門子發(fā)明了發(fā)發(fā)電機(jī)，引發(fā)了以電

2、氣化工業(yè)為代表的第二次技術(shù)革命。當(dāng)前，我們正在經(jīng)歷著一場新的技術(shù)革命，雖然第三次技術(shù)革命包含了新材料、新能源、生物工程、海洋工程、航天工程和電子信息技術(shù)等等，但影響最大、滲透性最強(qiáng)、最具有新技術(shù)革命代表性的仍是以微電子技術(shù)為核心的電子信息技術(shù)。信息是客觀事物狀態(tài)和運(yùn)動特征的一種普遍表現(xiàn)形式，是繼材料和能源之后的第三大資源，是人類物質(zhì)文明與精神文明賴以發(fā)展的三大支柱之一。目前，全球正處在一場跨越時空的新的信息技術(shù)革命中，它將比人類歷史上的任何一次技術(shù)革命對社會經(jīng)濟(jì)、政治、文化等帶來的沖擊都更為巨大，它將改變我們?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式、生活方式、工作方式，以及治理國家的方式。實現(xiàn)社會信息化的關(guān)鍵是各種計算

3、機(jī)和通訊設(shè)備，但其基礎(chǔ)都是半導(dǎo)體和微電子技術(shù)。1946年，美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院誕生了世界第一臺電子計算機(jī)ENIAC，運(yùn)行速度只有每秒5000次，存儲容量只有千位，平均穩(wěn)定運(yùn)行時間只有7分鐘。當(dāng)時的專家認(rèn)為，全世界只要有4臺ENIAC就足夠了。然而，僅僅過了半多世紀(jì)，現(xiàn)在全世界的計算機(jī)數(shù)量已多達(dá)數(shù)億臺。造成這個巨大變革的技術(shù)基礎(chǔ)就是微電子?，F(xiàn)在，電子信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球第一大產(chǎn)業(yè)。毫無疑問，21世紀(jì)將是信息化的世紀(jì)。微電子產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略作用首先體現(xiàn)在當(dāng)代食物鏈關(guān)系上，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)表明，GDP每增長100元，就需要10元左右電子工業(yè)增加值的支撐，而這其中就包含2-3元的集成電路產(chǎn)

4、品。以單位質(zhì)量鋼筋對GDP的貢獻(xiàn)為1計算，則小汽車為5，彩電為30，計算機(jī)為1000，而集成電路的貢獻(xiàn)則高達(dá)2000。可以說，誰開控制了超大規(guī)模集成電路技術(shù)，誰就控制了世界產(chǎn)業(yè)。如果哪個國家不掌握半導(dǎo)體技術(shù)，哪個國家會立刻加入到不發(fā)達(dá)國家行列。2、為什么絕大多數(shù)的集成電路都采用了Si半導(dǎo)體？答：目前，95%以上的集成電路都采用了Si半導(dǎo)體，其原因是：Si元素占地殼重量的20%-25%，制備Si單晶的石英巖（主要成分是SiO）分布廣,開采成本低；Si單晶的直徑在所有半導(dǎo)體晶體最大，目前已達(dá)16英吋（400mm）,且按照摩爾定律每3年增加1英吋，這大大降低了芯片的成本；Si的氧化物SiO2性能穩(wěn)定

5、，在集成電路制造工藝中有各種用途，例如，掩蔽膜、鈍化膜、介質(zhì)隔離、絕緣介質(zhì)（多層布線）、絕緣柵、MOS電容的介質(zhì)材料等；Si半導(dǎo)體材料的另一形態(tài)多晶硅（ Poly-Si）在集成電路工藝中也有許多用途，例如，柵極（可實現(xiàn)源漏自對準(zhǔn)工藝）、雜質(zhì)擴(kuò)散源、局部互連線（比鋁布線靈活）等；2、列舉出你見到的、想到的不同類型的集成電路及其主要作用答：1）存儲器：只讀存儲器（ROM）和可編程/重寫存儲器（如DRAM、SRAM、EPROM、Flash等；2）微處理器（CPU）：Intel的4004、8086（286、386、486）、Pentium（奔騰）、Itanium、Centurino（酷睿）等；3）可編

6、程邏輯器件：FPGA、CPLD等；4）智能卡IC：銀行卡、RFID等；5）雙極IC：RTL、DTL、 TTL、ECL等；3、寫出全球10大著名的Foundry（代工）企業(yè)的名稱答：IC Inghts 2010年全球前十大晶圓代工排名出爐，臺積電繼續(xù)穩(wěn)居第一，聯(lián)電依然排行第二，合并特許半導(dǎo)體后的全球晶圓（Globalfoundries）擠入第三，但營收與聯(lián)電才差4億多美元，三星屈居第十。英特爾公司、三星電子公司、德州儀器公司、東芝公司、意法半導(dǎo)體公司、瑞薩科技公司、英飛凌公司、飛利浦公司、現(xiàn)代半導(dǎo)體公司和 NEC公司。Top1 臺積電，收入133.07億美元，同比增長48%Top2 臺聯(lián)電，收入

7、 39.65億美元，同比增長41%Top3 Globalfoundries，收入35.1億美元，同比增長219%Top4 中芯國際，收入15.55億美元，同比增長45%Top5 TowerJazz，收入5.10億美元，同比增長70%Top6 Vanguard，收入5.08億美元，同比增長33%Top7 Dongbu，收入4.95億美元，同比增長25%韓國最大的純晶圓代工廠Dongbu Electronics。Top8 IBM，收入4.30億美元，同比增長28%Top9 MagnaChip，收入4.20億美元，同比增長 60%Top10 三星，收入4億美元，同比增長38%。第二次作業(yè)（第一組交）

8、4、載流子的輸運(yùn)有哪些模式？答：半導(dǎo)體載流子（電子和空穴）的輸運(yùn)模式有兩種，一種是擴(kuò)散模式，另一種是漂移模式。擴(kuò)散模式是當(dāng)兩塊半導(dǎo)體形成pn結(jié)時，由于它們之間存在著載流子的濃度差（濃度梯度），導(dǎo)致了空穴從p區(qū)到n區(qū)、電子從n區(qū)到p區(qū)的運(yùn)動，從而產(chǎn)生電流。漂移模式是指載流子在自建電場中，受電場力的作用，空穴沿電場方向、而電子沿電場反方向作定向運(yùn)動，從而產(chǎn)生電流。5、設(shè)計一個實驗：先將一塊本征半導(dǎo)體變成N型半導(dǎo)體，然后再設(shè)法使它變成P型半導(dǎo)體。答：將一片本征的Si片放置在擴(kuò)散爐中，在高溫下（>1000），通入PH3或POCl3作為N型摻雜劑，最終可使本征的Si片變成N型半導(dǎo)體。然后再將這個N

9、型的Si 片再次放入擴(kuò)散爐中在在高溫下（>1000），通入B2H6作為P型摻雜劑，最終可使N型Si片反型變成P型Si。為使Si片反型，一定要讓B的摻雜濃度高于P的摻雜濃度，進(jìn)行摻雜補(bǔ)償，才能最終實現(xiàn)摻雜反型，獲得P型Si片。摻雜濃度可由擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時間控制，溫度越高、時間越長，摻雜濃度就越大。同理，也可采用離子注入的摻雜方式進(jìn)行上述實驗。摻雜濃度由注入劑量決定，劑量越大，濃度越高。第三次作業(yè)（第二組交）6、PN結(jié)二極管的特性是什么？PN結(jié)的空間電荷區(qū)與內(nèi)建電場是如何形成的？空間電荷區(qū)為什么是高阻的？答：二極管的電學(xué)特性是正向?qū)?，即正向電流隨偏壓的增加而指數(shù)性增大；反向截止，即反向電流

10、很小，且趨于飽和。或者說，二極管的電學(xué)特性是單向?qū)щ娦曰蚓哂姓魈匦浴．?dāng)兩塊半導(dǎo)體形成pn結(jié)時，由于它們之間存在著載流子的濃度差（濃度梯度），導(dǎo)致了空穴從p區(qū)到n區(qū)、電子從n區(qū)到p區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動。由于載流子的擴(kuò)散，在pn結(jié)附近p區(qū)一側(cè)留下了不能運(yùn)動的帶負(fù)電荷的電離受主，形成一個負(fù)電荷區(qū)；而在pn結(jié)附近n區(qū)一側(cè)則留下了不能運(yùn)動的帶正電荷的電離施主，形成一個正電荷區(qū)。這兩個正負(fù)電荷區(qū)也稱為空間電荷區(qū)，或耗盡區(qū)?？臻g電荷區(qū)產(chǎn)生了從正電荷區(qū)指向負(fù)電荷區(qū)，即從n區(qū)指向p區(qū)的自建電場。內(nèi)建電場對載流子的漂移運(yùn)動起著增強(qiáng)作用的，但對其擴(kuò)散運(yùn)動是起著阻礙作用的。由于平衡時空間電荷區(qū)內(nèi)的載流子（電子和空穴）幾乎被

11、耗盡，因此空間電荷區(qū)呈現(xiàn)高電阻態(tài)。 7、雙極晶體管（BJT）的雙極是什么意思？BJT有哪幾種類型？BJT主要應(yīng)用在哪些方面？ 答：BJT的雙極是指參與器件電流輸運(yùn)的載流子是兩個，即電子和空穴。BJT有四種類型，分別是NPN的耗盡型和增強(qiáng)型、PNP的耗盡型和增強(qiáng)型。BJT的重要應(yīng)用在高頻和高速器件與電路、功率器件與電路、模擬電路等。第四次作業(yè)（第三組交）8、電子級poly-Si的純度是多少？比較CZ法與FZ法制備Si單晶的優(yōu)缺點。答：電子級poly-Si的純度是9N，即99.9999999%。 直拉法在Si單晶的制備中更為常用，占75以上。直拉法制備Si單晶的優(yōu)點是：1）成本低；2）能制備更大的

12、圓片尺寸，6英吋（150mm）及以上的Si單晶制備均采用直拉法，目前直拉法已制備出400mm（16英吋）的商用Si單晶；3）制備過程中的剩余原材料可重復(fù)使用；4）直拉法制備的Si單晶位錯密度低，0104cm-2。直拉法制備Si單晶的主要缺點是，由于使用坩堝，Si單晶的純度不如區(qū)熔法。區(qū)熔法制備Si單晶的主要優(yōu)點是，由于不使用坩鍋，可制備高純度的硅單晶，電阻率高達(dá)2000-mm，因此區(qū)熔法制備的Si單晶主要用于功率器件及電路。區(qū)熔法制備Si單晶的缺點是：1）成本高；2）可生產(chǎn)Si單晶的尺寸較小，最大為150mm直徑；3）位錯密度較直拉法高，在103105cm-2之間。9、Si片定位邊或定位槽的作

13、用是什么？答：Si片定位邊或定位槽有三個主要的作用：識別晶向、導(dǎo)電類型及劃片方向；硅片（晶錠）機(jī)械加工定位的參考面；硅片裝架的接觸位置。第五次作業(yè)（第1組交）8、為什么氧化層厚度越厚，熱氧化生長的速率越慢？答：根據(jù)熱氧化的生長機(jī)理，氧化劑（O2或H2O）若要與襯底Si反應(yīng)生成SiO2，應(yīng)首先要穿過已生成的SiO2層，即在SiO2層中擴(kuò)散至Si表面。而氧化劑在SiO2層中擴(kuò)散的快慢（時間）與厚度成反比，厚度越厚，擴(kuò)散的越慢。因而，相應(yīng)的熱氧化速率就越慢。9、實際氧化工藝為什么要采用先干氧、再濕氧、最后再干氧的氧化方法？答：干氧的氧化速率最慢，但其氧化層質(zhì)量最好。濕氧的氧化速率快，但其氧化層質(zhì)量不

14、如干氧工藝。實際氧化工藝多采用干氧-濕氧-干氧步驟，就是為了解決單個氧化方法質(zhì)量與速率的矛盾。前后采用干氧是為了保證氧化層與Si襯底及后續(xù)光刻膠結(jié)合的質(zhì)量，中間采用濕氧是為了提高生長速率。第六次作業(yè)（的2組交）12、請闡述擴(kuò)散的局限性。答：與離子注入工藝相比，擴(kuò)散工藝的局限性在于：1）擴(kuò)散是各向同性的，其掩膜下方會有嚴(yán)重的橫向擴(kuò)散效應(yīng)，因而不適于小尺寸器件與電路；2）由于摻雜濃度與結(jié)深有關(guān)，因而擴(kuò)散不能獨(dú)立控制結(jié)深和摻雜濃度；3）擴(kuò)散工藝需要高溫，其掩膜必須是像SiO2這樣的硬掩膜，其結(jié)深較深，不適于深亞微米器件及電路。高溫也會對襯底與薄膜中的原有摻雜濃度進(jìn)行再分布。13、什么是離子注入的溝道

15、效應(yīng)？消除溝道效應(yīng)的途徑有哪些？答：對Si單晶而言，由于其各向異性的特性，當(dāng)注入離子對準(zhǔn)一個主要的晶向并被導(dǎo)向在各排晶體原子之間形成的“溝道”時，注入離子僅發(fā)生電子碰撞，不會發(fā)生核碰撞。發(fā)生溝道效應(yīng)時，其注入損傷很小，注入的射程很遠(yuǎn)，但注入射程不可控，難于獲得可重復(fù)的濃度分布，使用價值小，因而實際工藝時應(yīng)避免溝道效應(yīng)。消除溝道效應(yīng)的途徑有：1）注入方向偏離晶體的主軸方向，典型值為70；淀積非晶表面層（SiO2)；在表面制造損傷層。 14、試對比分析擴(kuò)散工藝和離子注入工藝的特征和特點。答：擴(kuò)散是高溫工藝，需要SiO2這樣的耐高溫硬掩膜，其擴(kuò)散形成的結(jié)深較深。擴(kuò)散是各向同性的，因此有較大的橫向擴(kuò)散

16、效應(yīng)。擴(kuò)散工藝不能獨(dú)立地控制摻雜濃度和結(jié)深。 離子注入是等溫工藝，可在室溫下進(jìn)行注入，因而光刻膠就可作為其掩膜。離子注入可以獨(dú)立控制其摻雜濃度和結(jié)深，能形成淺結(jié)、高摻雜濃度。離子注入是各向異性的，橫向擴(kuò)散效應(yīng)遠(yuǎn)小于高溫?zé)釘U(kuò)散工藝，特別適合深亞微米小尺寸器件與電路。第七次作業(yè)（第三組交）15、在雙極集成電路和MOS集成電路工藝中，為什么都要用外延層？答：在雙極集成電路工藝中，采用高阻的外延層可提高集電結(jié)的擊穿電壓，而其低阻的襯底（或埋層）可降低集電極的串聯(lián)電阻。在MOS集成電路工藝中，采用高阻的外延層可減小pnpn寄生閘流管效應(yīng)和降低漏電流。16、請分析對比PVD與CVD工藝技術(shù)的各自特點及應(yīng)用

17、。答：1）PVD：襯底表面不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)n CVD：襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)n PVD 源: 固態(tài)材料n CVD 源: 氣體或蒸汽n PVD: 臺階覆蓋性差 ( 15%) 和空隙填充能力差n CVD: 更好的臺階覆蓋性 (50% to 100%) 和空隙填充能力 17、簡述PECVD技術(shù)的工藝原理、工藝特征及工藝應(yīng)用。答：PECVD技術(shù)的工藝原理是，利用RF、陰極放電等方法使反應(yīng)物分子激活，成為具有高活性的等離子體，而受激活的分子在低溫、甚至室溫下都可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，PECVD技術(shù)的工藝特征是淀積溫度低、淀積速率高。由于反應(yīng)物分子受到等離子體離子和電子轟擊而具有很好可動性，因此PECVD技術(shù)

18、具有淀積薄膜附著性好、臺階覆蓋好等優(yōu)點。PECVD技術(shù)主要用于淀積金屬化后的鈍化膜（ Si3N4 ）、多層布線的介質(zhì)膜（Si3N4 、SiO2）等。18、為什么說光刻是IC制造中最重要的工藝？光刻的三個要素是什么？答：因為光刻在IC制造中占芯片制造時間的40 to 50% 占芯片制造成本的1/3 決定芯片的最小特征尺寸光刻三要素：光刻機(jī) 光刻版（掩膜版） 光刻膠 19、簡要說明正膠和負(fù)膠的關(guān)光刻原理與特性。 答：原理：臨時性地涂覆在硅片表面，通過曝光轉(zhuǎn)移設(shè)計圖形到光刻膠上。 負(fù)膠特性：1曝光后不可溶解2顯影時未曝光的被溶解3便宜 正膠特性：1曝光后可溶解2顯影時曝光的被溶解3高分辨率 20、什

19、么是分辨率？如何提高分辨率？ 答：（1）分辨率（resolution）就是屏幕圖像的精密度，是指顯示器所能顯示的像素的多少。由于屏幕上的點、線和面都是由像素組成的，顯示器可顯示的像素越多，畫面就越精細(xì)，同樣的屏幕區(qū)域內(nèi)能顯示的信息也越多，所以分辨率是個非常重要的性能指標(biāo)之一。可以把整個圖像想象成是一個大型的棋盤，而分辨率的表示方式就是所有經(jīng)線和緯線交叉點的數(shù)目。（2）提高分辨率的方法：（1）提高凸透鏡收集衍射光的能力（2）減小光波長（3）減小系統(tǒng)常數(shù)K121.有哪些干法刻蝕方法，它們的主要差別是什么，比較這些技術(shù)的優(yōu)點和局限性。 答：干法刻蝕方法類型： 等離子體刻蝕：化學(xué)性刻蝕；濺射刻蝕：純物

20、理刻蝕；反應(yīng)離子刻蝕（RIE）：結(jié)合 、； 優(yōu)點和局限性比較： 等離子體刻蝕：選擇性好；各向異性差。 濺射刻蝕：各向異性好；選擇性差。反應(yīng)離子刻蝕（RIE）：刻蝕速率高且可控；刻蝕剖面各向異性且可控；選擇性好且可控。 22. 在VLSI中，為什么要采用Cu互連及多層金屬化技術(shù)？ 答：因為Cu的互連線電阻率低，介質(zhì)層介電常數(shù)小。 多層互連對VLSI的意義：1提高集成度;2降低互連延遲3降低成本 23、分析比較CMOS工藝中LOCOS和STI兩種隔離技術(shù)的各自特點。答：局部氧化工藝（LOCOS）優(yōu)點： 1.可以減小表面的臺階高度； 2.一次光刻完成的。 缺點：1、鳥嘴侵蝕有源區(qū);2、不利于后序工藝中的平坦化；3、雜質(zhì)重新分布。當(dāng)技術(shù)發(fā)展到0.25um以下時，一般要用到STI技術(shù)。:/ d- 2 q3 i7 c) bSTI取代LOCOS的原因有