物電學院微電子制造技術試題2011級電信電子專業(yè)

1、貴州師范大學2013 2014 學年度第 二 學期微電子制造技術年級專業(yè) 電信 姓 名 江嵩 學 號 110802010017 一、 簡答題1、什么是集成電路，集成電路有哪些主要工藝過程。 集成電路是一種微型電子器件和部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管，二極管，電阻，電感和電容及布線連接在一起。制作在一小塊合計小塊半導體晶體和介質(zhì)基片上。然后封裝在一個盒內(nèi)，成為具有所需電路的功能和結(jié)構(gòu)，其中所有元件在結(jié)構(gòu)上成為了一個整體，使電子元件成為微小型化。低功能和可靠性方面邁進了一步，它的英文用字母IC表示。工藝有外延工藝，氧化工藝，摻雜工藝，光刻工藝，制版工藝，隔開工藝，表面鈍化工藝。，2

2、、簡述PECVD、LPCVD、APCVD，并指出其區(qū)別。ECVD：是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，而等離子體化學活性很強，很容易發(fā)生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜。為了使化學反應能在較低的溫度下進行，利用了等離子體的活性來促進反應，因而這種CVD稱為等離子體增強化學氣相沉積(PECVD). 實驗機理：是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體，在局部形成等離子體，而等離子體化學活性很強，很容易發(fā)生反應，在基片上沉積出所期望的薄膜。 LPCVD是大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路以及半導體光電器件上公益領域里的主要工藝之一，LPCVD技術可以提高淀積薄膜的質(zhì)量

3、，使膜成既有均勻性好，缺陷密度低，臺階覆蓋性好等優(yōu)點，成為制備四氮化硅薄膜的主要方法，淀積時硅片放入反應器中，間隙緊湊，大大提高了設備的加工能力，有利益減低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。與水平放置的硅片的系統(tǒng)相比，它避免了反應器掉落微粒的玷污。 常壓化學氣相淀積（APCVD）是指在大氣壓下進行的一種化學氣相淀積的方法，這是化學氣相淀積最初所采用的方法。這種工藝所需的系統(tǒng)簡單，反應速度快，但是均勻性較差，臺階覆蓋能力差，所以一般用于厚的介質(zhì)淀積。除了常壓化學氣相淀積（APCVD）之外，還有低壓化學氣相淀積（LPCVD）,等離子體增強型淀積（PECVD）。目前，在芯片制造過程中，大部分所需的薄膜材料，不

4、論是導體、半導體，或是介電材料，都可以用化學氣相淀積來制備。這些薄膜通常作為層間介質(zhì)（ILD），保護性覆蓋物或者表面平坦化等。LPCVD即低壓化學氣相淀積，與APCVD相比，LPCVD加入了真空系統(tǒng)，其真空度約為0.1-5Torr，反應溫度一般為300-800°C。反應腔內(nèi)真空度被降低，其效果是明顯增大了反應氣體分子的平均自由度，使得氣體分子更加容易擴散至硅片表面，硅片表面的反應氣體非常充分?；谶@種氣體傳輸狀態(tài)，反應腔內(nèi)的氣流條件并不重要，允許反應腔設計優(yōu)化以得到更高的產(chǎn)量。因此與APCVD不同的是，LPCVD的淀積速度受到化學反應速度的限制。LPCVD系統(tǒng)有更低的成本，更高的產(chǎn)量

5、、更好的膜性能及具有臺階覆蓋能力和均勻性，具有廣泛的應用。LPCVD常用于二氧化硅、Si3N4和多晶硅薄膜的淀積。典型的LPCVD工藝設備操作：1）做好淀積前的準備工作，包括按流程卡確認程序、工藝、設備及硅片數(shù)量2）硅片清洗3）選擇程序4）系統(tǒng)充氣5）裝片6）按“START”鍵，設備將按設定的程序進爐7）程序結(jié)束，自動出舟，同時發(fā)出報警聲，此時按面板上的“ACK”鍵，報警聲消除2014年度細分行業(yè)報告匯集制造行業(yè)報告互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)報告農(nóng)林牧漁行業(yè)報告8）經(jīng)10min冷卻后，取下正片活測試片，放入傳遞盒待檢驗和測試。APCVD和LPCVD都是通過熱能來

6、維持化學反應。而等離子體輔佐CVD主要依賴于等離子體的能量。其優(yōu)點是：1）有更低的工藝溫度2）對高的深寬比間隙有好的填充能力3）淀積的膜對硅片有優(yōu)良的貼附能力4）有較高的淀積速度5）有較少的針孔和空洞，因而有較高的膜密度6）腔體可以利用等離子體清洗 3、簡述20世紀八十年代與20世紀九十年代的CMOS工藝，并指出其區(qū)別。 答：20世紀80年代CMOS工藝具有以下特點：1）采用氧化工藝進行器件間的隔離2）采用磷化硅玻璃和回流進行平坦化3）使用正性光刻膠進行光刻4）采用蒸發(fā)的方法進行金屬層的淀積5）使用發(fā)達的掩膜進行成像6）用等離子體刻蝕和濕法刻蝕工藝進行圖形刻蝕其工藝流程如下：1）硅片清洗：硅片

7、在一系列化學溶液中的清洗，以去除顆粒，有機物和無機物沾污及去除自然氧化層。漂洗、甩干2）墊氧化：熱生長15mm的氧化層，保護硅片表面免受沾污，阻止在主人過程中對硅片過度損傷，有助于控制注入過程中雜質(zhì)的注入深度。同時也減少淀積的氮化層與硅片襯底的應力3）低氣壓化學氣相淀積氮化層：在低氣壓化學氣相淀積設備中，氮氣和二氧化硅反應，在硅片表面上生成一薄膜層氮化硅。作為局部氧化隔離生長二氧化硅的俺避蔽層4）第一次光刻：涂覆光刻膠，已形成局部氧化區(qū)域5）第一次掩膜版：硅局部掩膜版，決定了形成局部氧化區(qū)域6）（局部氧化）對準和曝光：將掩膜版圖形直接刻在到涂膠的硅片上，包括曝光、顯影、堅膜等步驟7）顯影：顯影

8、液噴到硅片上，圖形在硅片上顯現(xiàn)出來，之后硅片進行堅膜，并對尺寸進行檢測8）氮化物刻蝕：沒有光刻膠保護的氮化硅被強腐蝕性化學物質(zhì)刻蝕掉9）去掉光刻膠：在每一步驟刻蝕工藝之后都要將硅片上的光刻膠去除在一系列化學試劑中濕法清洗10）隔離區(qū)注入：硼離子注入，目的是為了防止場區(qū)下硅表面反型，產(chǎn)生寄生溝道11）場氧化：利用氮化硅掩膜氧化功能，在沒有氮化硅層，并經(jīng)硼離子注入的區(qū)域，生長一層場區(qū)域氧化成，厚度約為400mm12）去除氮化物和墊氧層，并清洗13）掩蔽氧化：通過氧化層生成一層sio2膜，用做雜質(zhì)擴散掩蔽膜，膜厚350mm14）第二次光刻：確定n阱區(qū)域，在N阱中制作PMOS管。其中包括涂膠、烘烤、曝

9、光、顯影等步驟15）N阱注入：為被光刻膠保護的區(qū)域允許高能粒子雜質(zhì)穿透表面進入一定厚度16）N阱驅(qū)進：先去除光刻膠，之后將注入雜質(zhì)的硅片放入退火爐中進行退火，使得雜質(zhì)向硅片更深處擴散，達到所需深度，同時可以消除注入引起的硅片損并將注入雜質(zhì)激活。之后去除掩蔽氧化層17）生長柵氧化層：在生長柵氧化層之前先清洗硅片，去除沾污和氧化層，吧硅片放入氧化爐，在HCI氣氛中，用于氧氧化生長一層致密的二氧化硅膜，厚度約為40mm18）淀積多晶硅：利用硅烷分解在硅片表面淀積一層多晶硅，并馬上進行多晶硅的摻雜，此步驟刻在同一工藝腔體中進行，也可以在不同的設備中進行19）第三次光刻：形成柵極和局部互連圖形，包括涂膠

10、、烘烤、曝光、顯影、堅膜等步驟20）多晶硅刻蝕：刻蝕多晶硅，形成多晶硅柵極和局部互連，之后去除光刻膠21）第四次光刻：形成N型源漏極區(qū)掩膜版區(qū)域圖形，刻印硅片，以得到NMOS管被注入?yún)^(qū)域，其他區(qū)域被光刻膠保護著，包括涂膠、曝光、顯影、堅膜等步驟22）N型源漏極區(qū)離子注入：磷離子注入，形成NMOS源，漏區(qū)23）第五次光刻-第五次掩膜版24）P型源漏區(qū)離子注入：鵬離子注入，形成PMOS源漏區(qū)25）去除光刻膠26）退火：在氮氣下退火，并將源漏區(qū)推進，形成0.3-0.5um的源漏區(qū)27）低氣壓化學氣相淀積屏蔽氮化物28）化學氣相淀積BPSG（鵬磷硅玻璃）鈍化層29）BPSG回流：目的是使得表面平滑30

11、）第六塊掩膜版：接觸空曝光，形成金屬化接觸孔圖形。包括涂膠、曝光、顯影等31）接觸孔刻蝕：刻蝕金屬化的接觸孔，之后去除光刻膠32）金屬淀積：采用蒸發(fā)或濺射的方法淀積一層AL-Cu-Si合金，利于解決電遷移現(xiàn)象和防止AL片斷裂33）第七塊掩膜版金屬互連：包括涂膠，曝光，顯影和金屬刻蝕，去膠等，形成金屬互連34）化學氣相淀積USG（未摻雜的二氧化硅）35）化學氣相淀積氮化物形成的鈍化層20世紀90年代的COMS工藝技術：數(shù)字通信設備、個人計算機和互聯(lián)網(wǎng)有關的應用推進了COMS工藝技術的發(fā)展。特征尺寸從0.8um到0.18um，晶園直徑從150mm300mm，原有的制作工藝已經(jīng)無法實現(xiàn)如此小的特尺寸

12、的制作。20世紀90年代的COMS工藝技術具有以下特點：1）器件制作在外延硅片上2）采用淺槽隔離技術3）使用側(cè)墻隔離（防止源漏極區(qū)進行更大劑量注入時，源漏極區(qū)雜質(zhì)過于接近溝道以至于可能發(fā)生源漏極穿透），鈦硅化合物和側(cè)墻隔離解決了硅化合物問題4）多晶硅柵和采用鎢硅化合物和鈦硅化合物實現(xiàn)局部互聯(lián)，減小了電阻并提高了器件速度5）光刻技術采用G-lineI-line深紫外線DUV光源曝光6）用等離子體刻蝕形成刻蝕圖形7）濕法刻蝕用于覆蓋薄膜的去除8）采用立式氧化爐，能使得硅片間距更小，更好地控制沾污9）采用快速處理系統(tǒng)對離子注入之后的硅片進行退火處理及形成硅化物，能更快、更好地控制制造過程中的熱預算1

13、0）用直流磁控濺射取代蒸發(fā)淀積金屬膜11）采用多層金屬互聯(lián)技術12）鎢CVD和CMP（或者反刻）形成鎢賽，實現(xiàn)層與層之間的互連13）Ti和TiN成鎢的阻擋層14）Ti作為AL-Cu沾附層，能減小接觸電阻15）TiN抗反射涂層的應用，可以減小光刻曝光時駐波和反射切口16）BPSG通常被用作PMD（金屬鉛絕緣層）17）DCVD:PE-TEOS（采用等離子體增強正硅酸乙酯淀積二氧化硅）和03-TEOS（采用臭氧和正硅酸乙酯反應淀積二氧化硅）來實現(xiàn)淺槽隔離、側(cè)墻、PMD和IMD（金屬層間絕緣層）的淀積18）DCVD:PE-硅烷來實現(xiàn)PMD屏蔽氮化物絕緣介質(zhì)的抗反射涂層和PD氮化物的淀積19）介質(zhì)采用C

14、MP使得表面平坦化20）Cluster（計算機集群）工具變得非常普片21）批處理系統(tǒng)任然使用，可以使得普通工人的生成量也提高二、 結(jié)課論文 綜述國內(nèi)外半導體制造行業(yè)最新進展。半導體材料的研究綜述摘要：半導體材料的價值在于它的光學、電學特性可充分應用與器件。隨著社會的進步和現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，半導體材料越來越多的與現(xiàn)代高科技相結(jié)合，其產(chǎn)品更好的服務于人類，改變著人類的生活及生產(chǎn)。文章從半導體材料基本概念的界定、半導體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、半導體材料未來發(fā)展趨勢等方面對我國近十年針對此問題的研究進行了綜述，希望能引起全社會的關注和重視。關鍵詞：半導體材料，研究，綜述20世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管

15、的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業(yè)革命；20世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術產(chǎn)業(yè)，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞?。在此筆者主要針對半導體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、半導體材料的未來發(fā)展趨勢等進行綜述，希望引起社會的關注，并提出了切實可行的建議。一、關于半導體材料基礎材料概念界定的研究陳良惠指出自然界的物質(zhì)、材料按導電能力大小可分為導體、半導體、和絕緣體三大類。半導體的電導

16、率在10-3109歐厘米范圍。在一般情況下，半導體電導率隨溫度的升高而增大，這與金屬導體恰好相反。凡具有上述兩種特征的材料都可歸入半導體材料的范圍。1半導體材料（semiconductormaterial）是導電能力介于導體與絕緣體之間的物質(zhì)。半導體材料是一類具有半導體性能、可用來制作半導體器件和集成電的電子材料，其電導率在10（U-3）10（U-9）歐姆/厘米范圍內(nèi)。2隨著社會的進步以及科學技術的發(fā)展，對于半導體材料的界定會越來越精確。二、關于半導體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及解決對策的分析王占國指出中國半導體產(chǎn)業(yè)市場需求強勁，市場規(guī)模的增速遠高于全球平均水平。不過，產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大和市場的繁榮并不表

17、明國內(nèi)企業(yè)分得的份額更大。相反，中國的半導體市場正日益成為外資公司的樂土。3朱黎輝說基于市場需求和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，我們判斷半導體行業(yè)在國內(nèi)有很大的增長潛力。之所以這樣說，主要是基于國家政策的支持，中國半導體產(chǎn)業(yè)離不開國家政策的支持。4市場需求巨大。計算機、通訊、消費類電子產(chǎn)品的需求帶動半導體的需求。國際產(chǎn)能轉(zhuǎn)移，芯片制造的封裝測試的產(chǎn)能轉(zhuǎn)移比較明顯，國際大工廠紛紛在國內(nèi)設立工廠，或者把生產(chǎn)線交給國內(nèi)公司制造。5王占國說我國半導體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)逐步完善。半導體產(chǎn)業(yè)經(jīng)過長期發(fā)展，已經(jīng)建立起基本的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。近幾年的加速發(fā)展縮短了與國外先進技術的差距。6美國是半導體技術的發(fā)源地，但20世紀80年代美國作

18、為半導體的主要生產(chǎn)在全球的地位大幅度下降。為了應對這種狀況，美國政府以巨大的國防支出來資助半導體業(yè)的研發(fā)。7技術是半導體行業(yè)的立足之本，這個行業(yè)的技術更新速度迅速。國內(nèi)外半導體公司的發(fā)展面臨強大的壓力，生存環(huán)境堪憂。一些學者在分析、總結(jié)的基礎上提出了一些建議。中國應采取更加優(yōu)惠的政策、形成良好的投資環(huán)境吸引更多的資金流入到中國半導體產(chǎn) 業(yè)。8凌玲說在短期內(nèi)，可以借鑒走引進、消化、吸收、趕超的路子，重點發(fā)展市場需求大的半導體適用技術和產(chǎn)品，通過技術改造、資本積累和市場開拓的互動實現(xiàn)半導體產(chǎn)業(yè)水平的滾動發(fā)展。9王彥指出中國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與突破，人才是關鍵因素。目前我國半導體產(chǎn)業(yè)最缺乏的就是人才，

19、既包括技術人員，也包括半導體企業(yè)有經(jīng)驗的中高階層主管。10半導體產(chǎn)業(yè)會在優(yōu)惠政策及便利的條件下朝著更快、更前的方向發(fā)展。三、關于半導材料的應用及未來發(fā)展趨勢的研究InSb是一種具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的半導體材料，還材料具有較窄的禁寬度和較高的電子遷移率，被廣泛應用于光電原件、磁阻元件及晶體管結(jié)之中。11光纖放大器是光纖通信發(fā)展三、關于半導材料的應用及未來發(fā)展趨勢的研究InSb是一種具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的半導體材料，還材料具有較窄的禁寬度和較高的電子遷移率，被廣泛應用于光電原件、磁阻元件及晶體管結(jié)之中。11光纖放大器是光纖通信發(fā)展史上的一個重要里程碑，它能夠延長通信系統(tǒng)距離、擴大用戶分配間的覆蓋范圍。而浙適波耦合半導體量子點光纖放大器將比傳統(tǒng)的光纖放大器更具有重要的實際意義和應用價值。12鄭東梅指出GaN具有禁帶寬度大、熱導率高、電子飽和漂移速度大、臨界擊穿電壓高和介電常數(shù)小等特點,在高亮度發(fā)光二極管、短波長激光二極管、高性能紫外探測器和高溫、高頻、大功率半導體器件等領域有著廣泛的應用前景。13硅材料仍將是制造集成電路的主要材料，硅半導體器件和集成電路仍將是大3生產(chǎn)的主流產(chǎn)品。適應大直徑、細線條、銅工藝將成為半導體設備發(fā)展面臨