物電學(xué)院微電子制造技術(shù)試題2011級(jí)電信電子專業(yè)

1、貴州師范大學(xué)2013 2014 學(xué)年度第 二 學(xué)期微電子制造技術(shù)年級(jí)專業(yè) 電信 姓 名 江嵩 學(xué) 號(hào) 110802010017 一、 簡(jiǎn)答題1、什么是集成電路，集成電路有哪些主要工藝過(guò)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(gè)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(jì)小塊半導(dǎo)體晶體和介質(zhì)基片上。然后封裝在一個(gè)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(gè)整體，使電子元件成為微小型化。低功能和可靠性方面邁進(jìn)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(jiǎn)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(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。為了使化學(xué)反應(yīng)能在較低的溫度下進(jìn)行，利用了等離子體的活性來(lái)促進(jìn)反應(yīng)，因而這種CVD稱為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD). 實(shí)驗(yàn)機(jī)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(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，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(dǎo)體光電器件上公益領(lǐng)域里的主要工藝之一，LPCVD技術(shù)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(tái)階覆蓋性好等優(yōu)點(diǎn)，成為制備四氮化硅薄膜的主要方法，淀積時(shí)硅片放入反應(yīng)器中，間隙緊湊，大大提高了設(shè)備的加工能力，有利益減低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。與水平放置的硅片的系統(tǒng)相比，它避免了反應(yīng)器掉落微粒的玷污。 常壓化學(xué)氣相淀積（APCVD）是指在大氣壓下進(jìn)行的一種化學(xué)氣相淀積的方法，這是化學(xué)氣相淀積最初所采用的方法。這種工藝所需的系統(tǒng)簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快，但是均勻性較差，臺(tái)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(xué)氣相淀積（APCVD）之外，還有低壓化學(xué)氣相淀積（LPCVD）,等離子體增強(qiáng)型淀積（PECVD）。目前，在芯片制造過(guò)程中，大部分所需的薄膜材料，不

4、論是導(dǎo)體、半導(dǎo)體，或是介電材料，都可以用化學(xué)氣相淀積來(lái)制備。這些薄膜通常作為層間介質(zhì)（ILD），保護(hù)性覆蓋物或者表面平坦化等。LPCVD即低壓化學(xué)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(yīng)溫度一般為300-800°C。反應(yīng)腔內(nèi)真空度被降低，其效果是明顯增大了反應(yīng)氣體分子的平均自由度，使得氣體分子更加容易擴(kuò)散至硅片表面，硅片表面的反應(yīng)氣體非常充分?；谶@種氣體傳輸狀態(tài)，反應(yīng)腔內(nèi)的氣流條件并不重要，允許反應(yīng)腔設(shè)計(jì)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(xué)反應(yīng)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(tái)階覆蓋能力和均勻性，具有廣泛的應(yīng)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(shè)備操作：1）做好淀積前的準(zhǔn)備工作，包括按流程卡確認(rèn)程序、工藝、設(shè)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(shè)備將按設(shè)定的程序進(jìn)爐7）程序結(jié)束，自動(dòng)出舟，同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲，此時(shí)按面板上的“ACK”鍵，報(bào)警聲消除2014年度細(xì)分行業(yè)報(bào)告匯集制造行業(yè)報(bào)告互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)報(bào)告農(nóng)林牧漁行業(yè)報(bào)告8）經(jīng)10min冷卻后，取下正片活測(cè)試片，放入傳遞盒待檢驗(yàn)和測(cè)試。APCVD和LPCVD都是通過(guò)熱能來(lái)

6、維持化學(xué)反應(yīng)。而等離子體輔佐CVD主要依賴于等離子體的能量。其優(yōu)點(diǎn)是：1）有更低的工藝溫度2）對(duì)高的深寬比間隙有好的填充能力3）淀積的膜對(duì)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(jiǎn)述20世紀(jì)八十年代與20世紀(jì)九十年代的CMOS工藝，并指出其區(qū)別。 答：20世紀(jì)80年代CMOS工藝具有以下特點(diǎn)：1）采用氧化工藝進(jìn)行器件間的隔離2）采用磷化硅玻璃和回流進(jìn)行平坦化3）使用正性光刻膠進(jìn)行光刻4）采用蒸發(fā)的方法進(jìn)行金屬層的淀積5）使用發(fā)達(dá)的掩膜進(jìn)行成像6）用等離子體刻蝕和濕法刻蝕工藝進(jìn)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(xué)溶液中的清洗，以去除顆粒，有機(jī)物和無(wú)機(jī)物沾污及去除自然氧化層。漂洗、甩干2）墊氧化：熱生長(zhǎng)15mm的氧化層，保護(hù)硅片表面免受沾污，阻止在主人過(guò)程中對(duì)硅片過(guò)度損傷，有助于控制注入過(guò)程中雜質(zhì)的注入深度。同時(shí)也減少淀積的氮化層與硅片襯底的應(yīng)力3）低氣壓化學(xué)氣相淀積氮化層：在低氣壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備中，氮?dú)夂投趸璺磻?yīng)，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(zhǎng)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(duì)準(zhǔn)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(jiān)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(lái)，之后硅片進(jìn)行堅(jiān)膜，并對(duì)尺寸進(jìn)行檢測(cè)8）氮化物刻蝕：沒有光刻膠保護(hù)的氮化硅被強(qiáng)腐蝕性化學(xué)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(xué)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(chǎng)區(qū)下硅表面反型，產(chǎn)生寄生溝道11）場(chǎng)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(zhǎng)一層場(chǎng)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(guò)氧化層生成一層sio2膜，用做雜質(zhì)擴(kuò)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(hù)的區(qū)域允許高能粒子雜質(zhì)穿透表面進(jìn)入一定厚度16）N阱驅(qū)進(jìn)：先去除光刻膠，之后將注入雜質(zhì)的硅片放入退火爐中進(jìn)行退火，使得雜質(zhì)向硅片更深處擴(kuò)散，達(dá)到所需深度，同時(shí)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(zhǎng)柵氧化層：在生長(zhǎng)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(zhǎng)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(jìn)行多晶硅的摻雜，此步驟刻在同一工藝腔體中進(jìn)行，也可以在不同的設(shè)備中進(jìn)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(jiān)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(hù)著，包括涂膠、曝光、顯影、堅(jiān)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?dú)庀峦嘶穑⒃绰﹨^(qū)推進(jìn)，形成0.3-0.5um的源漏區(qū)27）低氣壓化學(xué)氣相淀積屏蔽氮化物28）化學(xué)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?yàn)R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(xué)氣相淀積USG（未摻雜的二氧化硅）35）化學(xué)氣相淀積氮化物形成的鈍化層20世紀(jì)90年代的COMS工藝技術(shù)：數(shù)字通信設(shè)備、個(gè)人計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的應(yīng)用推進(jìn)了COMS工藝技術(shù)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(wú)法實(shí)現(xiàn)如此小的特尺寸

12、的制作。20世紀(jì)90年代的COMS工藝技術(shù)具有以下特點(diǎn)：1）器件制作在外延硅片上2）采用淺槽隔離技術(shù)3）使用側(cè)墻隔離（防止源漏極區(qū)進(jìn)行更大劑量注入時(shí)，源漏極區(qū)雜質(zhì)過(guò)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(shí)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(shù)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(duì)離子注入之后的硅片進(jìn)行退火處理及形成硅化物，能更快、更好地控制制造過(guò)程中的熱預(yù)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(shù)12）鎢CVD和CMP（或者反刻）形成鎢賽，實(shí)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(yīng)用，可以減小光刻曝光時(shí)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(qiáng)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(yīng)淀積二氧化硅）來(lái)實(shí)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(lái)實(shí)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(jì)算機(jī)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(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體制造行業(yè)最新進(jìn)展。半導(dǎo)體材料的研究綜述摘要：半導(dǎo)體材料的價(jià)值在于它的光學(xué)、電學(xué)特性可充分應(yīng)用與器件。隨著社會(huì)的進(jìn)步和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體材料越來(lái)越多的與現(xiàn)代高科技相結(jié)合，其產(chǎn)品更好的服務(wù)于人類，改變著人類的生活及生產(chǎn)。文章從半導(dǎo)體材料基本概念的界定、半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、半導(dǎo)體材料未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等方面對(duì)我國(guó)近十年針對(duì)此問題的研究進(jìn)行了綜述，希望能引起全社會(huì)的關(guān)注和重視。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體材料，研究，綜述20世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管

15、的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；20世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)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(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)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(duì)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、半導(dǎo)體材料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行綜述，希望引起社會(huì)的關(guān)注，并提出了切實(shí)可行的建議。一、關(guān)于半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)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(dǎo)電能力大小可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、和絕緣體三大類。半導(dǎo)體的電導(dǎo)

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

17、明國(guó)內(nèi)企業(yè)分得的份額更大。相反，中國(guó)的半導(dǎo)體市場(chǎng)正日益成為外資公司的樂土。3朱黎輝說(shuō)基于市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，我們判斷半導(dǎo)體行業(yè)在國(guó)內(nèi)有很大的增長(zhǎng)潛力。之所以這樣說(shuō)，主要是基于國(guó)家政策的支持，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)離不開國(guó)家政策的支持。4市場(chǎng)需求巨大。計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)類電子產(chǎn)品的需求帶動(dòng)半導(dǎo)體的需求。國(guó)際產(chǎn)能轉(zhuǎn)移，芯片制造的封裝測(cè)試的產(chǎn)能轉(zhuǎn)移比較明顯，國(guó)際大工廠紛紛在國(guó)內(nèi)設(shè)立工廠，或者把生產(chǎn)線交給國(guó)內(nèi)公司制造。5王占國(guó)說(shuō)我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)逐步完善。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距。6美國(guó)是半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)源地，但20世紀(jì)80年代美國(guó)作

18、為半導(dǎo)體的主要生產(chǎn)在全球的地位大幅度下降。為了應(yīng)對(duì)這種狀況，美國(guó)政府以巨大的國(guó)防支出來(lái)資助半導(dǎo)體業(yè)的研發(fā)。7技術(shù)是半導(dǎo)體行業(yè)的立足之本，這個(gè)行業(yè)的技術(shù)更新速度迅速。國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體公司的發(fā)展面臨強(qiáng)大的壓力，生存環(huán)境堪憂。一些學(xué)者在分析、總結(jié)的基礎(chǔ)上提出了一些建議。中國(guó)應(yīng)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(guó)半導(dǎo)體產(chǎn) 業(yè)。8凌玲說(shuō)在短期內(nèi)，可以借鑒走引進(jìn)、消化、吸收、趕超的路子，重點(diǎn)發(fā)展市場(chǎng)需求大的半導(dǎo)體適用技術(shù)和產(chǎn)品，通過(guò)技術(shù)改造、資本積累和市場(chǎng)開拓的互動(dòng)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)水平的滾動(dòng)發(fā)展。9王彥指出中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與突破，人才是關(guān)鍵因素。目前我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最缺乏的就是人才，

19、既包括技術(shù)人員，也包括半導(dǎo)體企業(yè)有經(jīng)驗(yàn)的中高階層主管。10半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)會(huì)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(guān)于半導(dǎo)材料的應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的研究InSb是一種具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)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(yīng)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(guān)于半導(dǎo)材料的應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的研究InSb是一種具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)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(yīng)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(gè)重要里程碑，它能夠延長(zhǎng)通信系統(tǒng)距離、擴(kuò)大用戶分配間的覆蓋范圍。而浙適波耦合半導(dǎo)體量子點(diǎn)光纖放大器將比傳統(tǒng)的光纖放大器更具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。12鄭東梅指出GaN具有禁帶寬度大、熱導(dǎo)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(diǎn),在高亮度發(fā)光二極管、短波長(zhǎng)激光二極管、高性能紫外探測(cè)器和高溫、高頻、大功率半導(dǎo)體器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。13硅材料仍將是制造集成電路的主要材料，硅半導(dǎo)體器件和集成電路仍將是大3生產(chǎn)的主流產(chǎn)品。適應(yīng)大直徑、細(xì)線條、銅工藝將成為半導(dǎo)體設(shè)備發(fā)展面臨