微電子工藝2022試卷-張建國-答案

微電子工藝2022試卷--張建國-答案學院姓名學號任課老師考場教室__________選課號/座位號………密………封………線………以………內………答………題………無………效……電子科技大學2022-2022學年第二學期期末考試B卷課程名稱：微電子工藝考試形式：開卷考試日期：20年月日考試時長：120分鐘課程成績構成：平時10%，期中%，實驗%，期末90%本試卷試題由三部分構成，共4頁。題號得分得分一、簡答題（共72分，共12題，每題6分）1、名詞解釋：集成電路、芯片的關鍵尺寸以及摩爾定律集成電路：多個電子元件，如電阻、電容、二極管和三極管等集成在基片上形成的具有確定芯片功能的電路。關鍵尺寸：硅片上的最小特征尺寸摩爾定律：每隔12個月到18個月，芯片上集成的晶體管數(shù)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，雙極型器件呢？請分別給出原因。MOS：<100>Si/SiO2界面態(tài)密度低；雙極：<111>生長快，成本低3、倒摻雜工藝中，為形成p阱和n阱一般分別注入什么離子？為什么一般形成P阱所需的離子注入能量遠小于形成n阱所需的離子注入能量？PMOS管一般做在p阱還是n阱中？P阱：注B；N阱：注P。B離子遠比P離子要輕，所以同樣注入深度，注P所需能量低PMOS管做在n阱中4、解釋質量輸運限制CVD工藝和反應速度限制CVD工藝的區(qū)別，哪種工藝依賴于溫度，為什么LPCVD淀積的薄膜比APCVD淀積的薄膜更均勻？質量輸運限制CVD：反應速率不能超過傳輸?shù)焦杵砻娴姆磻獨怏w的傳輸速率。反應速度限制CVD：淀積速度受到硅片表面反應速度的限制，依賴于溫度。LPCVD工作于低壓下，反應氣體分子具有更大的平均自由程，反應器內的氣流條件不重要，只要控制好溫度就可以大面積均勻成膜。一二三四五六七八九十合計第1頁共6頁學院姓名學號任課老師考場教室__________選課號/座位號………密………封………線………以………內………答………題………無………效……5、解釋為什么目前CMOS工藝中常采用多晶硅柵工藝，而不采用鋁柵工藝？多晶硅柵工藝優(yōu)點：1、通過摻雜得到特定電阻2、和二氧化硅更優(yōu)良的界面特性3、后續(xù)高溫工藝兼容性4、更高的可靠性5、在陡峭的結構上的淀積均勻性6、能實現(xiàn)自對準工藝6、現(xiàn)在制約芯片運算速度的主要因素在于RC延遲，如何減少RC延遲？辦法：1、采用電導率更高的互連金屬，如Cu取代Al2、采用低K質介質取代SiO2作為層間介質7、列出引入銅金屬化的五大優(yōu)點，并說明銅金屬化面臨的三大問題，如何解決這些問題？優(yōu)點：1、電阻率減少，RC延遲減少2、減少功耗3、更高的集成密度4、良好的抗電遷移特性5、更少的工藝步驟問題：1、銅的高擴散系數(shù)，有可能進入有源區(qū)產生漏電2、不能采用干法刻蝕3、低溫下很快氧化辦法：采用大馬士革工藝、增加銅阻擋層金屬8、解釋什么是硅柵自對準工藝，怎么實現(xiàn)以及有何優(yōu)勢。提供穩(wěn)定的金屬半導體接觸結構、減小源和漏區(qū)接觸電阻以及柵極和源極以及漏極的寄生交疊電容的工藝。實現(xiàn)過程：側墻形成—過渡金屬（如Ti）PVD淀積—低溫RTP—氨水和雙氧水混合液濕法化學腐蝕—高溫RTP。主要優(yōu)點在于避免光刻的對準誤差。9、化學放大如何在光刻膠中實現(xiàn)？為什么要對化學放大深紫外光刻膠進行后烘？對化學放大深紫外光刻膠，PHS樹脂與顯影液之間是否發(fā)生了化學反應？實現(xiàn)：采用一種光酸產生劑（PAG），進行酸致催化反應而增加DNQ酚醛樹脂的敏感性。這種酸僅在曝光區(qū)中產生。后烘：化學放大光刻膠含有化學保護成分使其不溶解于顯影液。曝光后曝光區(qū)域由PAG產生酸，在后烘步驟加熱時，通過催化反應將保護基團移走，曝過光的區(qū)域樹脂可溶于顯影液。PHS樹脂與顯影液之間沒有發(fā)生化學反應。10、什么是離子注入時的溝道效應？列舉出三種控制溝道效應的方法。溝道效應：單晶硅原子為長程有序排列，當注入離子未與硅原子碰撞減速，而是穿透了晶格間隙時，第2頁共6頁學院姓名學號任課老師考場教室__________選課號/座位號………密………封………線………以………內………答………題………無………效……就發(fā)生了溝道效應，使預期的設計范圍（如摻雜深度和濃度）大大擴展。方法：1、傾斜硅片2、掩蔽氧化層3、預非晶化11、列舉出3種抑制CMOS電路中閂鎖效應（Latchup）的方法？方法：1、深埋層2、倒摻雜阱3、采用SOI基片4、采用外延層12、簡述有哪幾種平坦化工藝，為什么CMP對現(xiàn)今深亞微米光刻很關鍵？要實現(xiàn)銅金屬化必須要采用CMP，為什么？反刻、玻璃回流、旋涂膜層以及化學機械平坦化（CMP）表面起伏使光刻時對線寬失去控制，無法在光刻平面內對準；而通過CMP平坦化硅片表面可以減少焦深從而獲得較高的圖形分辨率。銅不能利用于干法刻蝕，而要形成銅金屬互連，只能采用CMP實現(xiàn)大馬士革工藝。得分二、作圖題（共12分）1、簡單示意畫出制作在P+硅襯底的P-外延層上的PMOS管的剖面結構示意圖，并標注出電極以及阱、源區(qū)和漏區(qū)的摻雜類型。（3分）2、從LOCOS工藝和STI工藝這兩種隔離工藝中任選一種畫出形成隔離氧化硅的工藝流程圖，包括基本的介質層生長（氧化和淀積）、光刻（請注明正膠、負膠）、以及刻蝕工藝。（9分）LOCOS隔離工藝第3頁共6頁學院姓名學號任課老師考場教室__________選課號/座位號………密………封………線………以………內………答………題………無………效……STI隔離工藝第4頁共6頁學院姓名學號任課老師考場教室__________選課號/座位號………密………封………線………以………內………答………題………無………效……得分三、計算題（共16分）1、硅片熱氧化生長遵從如下公式：t2o某＋Ato某＝B(t+τ)，其中to某為硅片經過t時間后SiO2的生長厚度(μm)；B為拋物線速率系數(shù)(μm2/h)；B/A為線性速率系數(shù)(μm/h)；τ為生成初始氧化層（同一工藝參數(shù)）所用的時間(h)。我們希望通過對一初始表面氧化層厚度為0的硅片進行一2段氧化過程：干氧(0.5h)—濕氧(2h)來生成厚的SiO2薄膜作為隔離場氧層。干氧溫度為1100℃，濕氧水汽氧化溫度為920℃。已知：920℃下水汽氧化相關工藝參數(shù)分別為：A=0.50μm，B=0.20μm2/h；1100℃下干氧氧化相關工藝參數(shù)分別為：A=0.09μm，B=0.03μm2/h。試計算：a、0.5h內干氧生成的SiO2厚度（μm）；（2分）b、2h內濕氧水汽氧化所生成的SiO2厚度（μm）；（4分）c、整個氧化過程所消耗的硅層的厚度（μm）。（2分）提示：在計算a、b時請注意，需要通過之前的初始SiO2層厚度來確定對應氧化步驟的初始SiO2層生長時間τ（非真實生長時間，令t=0即得）。解：(a)∵t2o某+Ato某＝B(t+τ)，又∵初始氧化層厚度為0；∴τ1＝(t2o某+Ato某)/B=0h∵t2o某＋Ato某＝B(t+τ1)，又∵t1=0.5h；∴t2o某＋0.09to某＝0.03某(0.5+0)；即to某＝0.0855μm答：0.5h內干氧生成的SiO2厚度為0.0855μm。(b)∵t2o某+Ato某＝B(t+τ2)，又∵濕氧時初始氧化層厚度為0.0855μm；∴τ2＝(t2o某+Ato某)/B=0.25h∵t2o某＋Ato某＝B(t2+τ2)，又∵t2=2h；∴t2o某＋0.5to某＝0.2某(2+0.25)；即to某＝0.4659μm答：2h內濕氧水汽氧化所生成的SiO2厚度為0.4659μm。(c)總的硅片氧化生成的二氧化硅厚度to某＝0.0855+0.4659=0.5514μm∴消耗的硅層厚度為tSi＝0.5514某0.45=0.2481μm答：整個氧化過程所消耗的硅層的厚度為0.2481μm。2、絕緣層上硅（SOI）材料現(xiàn)在在抗輻照超大規(guī)模集成電路中得到廣泛的應用。我們希望采用大束流氧離子注入機制備12英寸SOI材料，注入時掃描面積為30cm某30cm，Si相對原子質量ArSi為28，單晶Si體密度ρSi為2.30g/cm3，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02某1023/mol，e=1.6某10-19C。假定注入前后體積不變，注入離子的濃度在注入深度范圍內均勻分布。試計算：a、注入前單晶Si中Si原子的體密度，即每立方厘米體積有多少Si原子？（2分）（提示：Si原子體密度NSi=(ρSi/ArSi)某NA）（2分）b、要形成SOI材料，注入O原子的體密度為多少？（提示：要通過O離子注入形成SiO2埋層，O原子體密度應該為Si原子體密度幾倍？）（2分）c、形成單片SOI基片時O+離子注入時間控制在1小時，SiO2層厚度為100nm，那么所需要的注入束流是多少毫安（mA）？（提示：劑量=注入原子的面密度，而面密度=體密度某厚度）（4分）解：(a)∵NSi=(ρSi/ArSi)某NA；第5頁共6頁學院姓名學號任課老師考場教室__________選課號/座位號………密………封………線………以………內………答………題………無………效……∴NSi=(2.3/28)某6.02某1023=4.9449某1022/cm3答：注入前單晶Si中Si原子的體密度為4.9449某1022/cm3。(b)∵要通過O離子注入形成SiO2埋層，O原子體密度應該為Si原子體密度的2倍∴NO=4.9449某1022某2=9.8898某1022/cm3答：要形成SOI材料，注入O原子的體密度NO為9.8898某1022/cm3。(c)∵劑量=注入原子的面密度，而面密度=體密度某厚度∴注入劑量Q=NO某100某10-7=9.8898某1017/cm2∵劑量QItenAQenA9.889810171.61019130300.039559A39.559mA∴It6060答：所需要的注入束流是39.559mA。第6頁共6頁學院姓名學號任課老師考場教室__________選課號/座位號………密………封………線………以………內………答………題………無………效……∴NSi=(2.3/28)某6.02某1023=4.9449某1022/cm3答：注入前單晶Si中Si原子的體密度為4.9449某1022/cm3。(b)∵要通過O離子注入形成SiO2埋層，O原子體密度應該為Si原子體