微電子工藝原理習題

微電子工藝原理習題一、填空題1．傳統(tǒng)集成電路制造工藝的發(fā)展以的出現(xiàn)作為大致的分界線，現(xiàn)代集成電路制造工藝進入超大規(guī)模集成電路后又以工藝的作為劃分標志。9．按照功能和用途進行分類，集成電路可以分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩類。2．能提供多余空穴的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)，P型半導體中的多子是空穴。10．能提供多余電子的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)，N型半導體中的少子是空穴。6．目前常用的兩種摻雜技術(shù)是擴散和離子注入。3．多晶硅轉(zhuǎn)變成單晶硅的實質(zhì)是原子按統(tǒng)一規(guī)則進行重新排列。4．單晶硅拉制過程中引晶階段的溫度選擇非常重要，溫度過高時會造成籽晶會被融化，溫度過低時會形成多晶。12．單晶硅的性能測試涉及到物理性能的測試、電氣參數(shù)的測試和缺陷檢驗等多個方面。注：單晶：由分子、原子或離子按統(tǒng)一規(guī)則周期性排列構(gòu)成的晶體。多晶：由若干個取向不同的小單晶構(gòu)成的晶體從多晶硅制備單晶的三個條件：單晶硅的制備方法：直拉法(Czochralski，CZ法)和懸浮區(qū)熔法(Float-Zone，F(xiàn)Z)多晶硅的制備：三氯氫硅還原法直拉硅單晶的工藝步驟：引晶→縮頸（收頸）→放肩→收肩（轉(zhuǎn)肩）→等徑生長→收尾。直拉法拉制較大直徑的單晶，但氧碳含量高，懸浮區(qū)熔法拉制直徑小，但純度高。5．SiO2網(wǎng)絡中氧的存在有兩種形式，其中橋聯(lián)氧原子濃度越高，網(wǎng)絡的強度越強；非橋聯(lián)氧原子濃度越高，網(wǎng)絡的強度越弱。13．SiO2中摻入雜質(zhì)的種類對SiO2網(wǎng)絡強度的影響表現(xiàn)在：摻入Ⅲ族元素如硼時，網(wǎng)絡強度增強；摻入Ⅴ族元素如磷時，網(wǎng)絡強度減弱。注：SiO2網(wǎng)絡中的氧：橋聯(lián)氧：Si-O-Si和非橋聯(lián)氧：Si-O-7．完整的光刻工藝應包括光刻和刻蝕兩部分，隨著集成電路生產(chǎn)在微細加工中的進一步細分，后者又可獨立成為一個工序。8．伴隨刻蝕工藝實現(xiàn)的圖形轉(zhuǎn)換發(fā)生在光刻膠層和晶圓層之間。15．光刻膠又叫光致抗蝕劑，常用的光刻膠分為正膠和負膠兩類。注：光刻膠被曝光的部分由可溶性物質(zhì)變成了非溶性物質(zhì)，這種光刻膠類型被稱為負膠，這種化學變化稱為聚合(polymerization)。相反，光刻膠被曝光的部分由非溶性物質(zhì)變成了可溶性物質(zhì)，這種光刻膠類型被稱為正膠。11．固溶體分為替位式固溶體和間隙式固溶體，兩類大部分施主和受主雜質(zhì)都與硅形成替位式固溶體。注：固溶體：元素B溶入元素A中后仍保持元素A的晶體結(jié)構(gòu)固溶度：雜質(zhì)在晶體中的最大溶解度固溶體分類：替位式固溶體雜質(zhì)占據(jù)格點位置形成替位式固溶體必要條件：溶質(zhì)原子半徑的大小接近溶劑原子半徑，若溶質(zhì)原子半徑與溶劑原子半徑相差大于15%，則可能性很小。（幾何有利因素）大部分施主和受主雜質(zhì)都與硅形成替位式固溶體間隙式固溶體雜質(zhì)存在間隙中14．常用的芯片封裝方法有金屬封裝、塑料封裝和陶瓷封裝。二、選擇題1．下列有關集成電路發(fā)展趨勢的描述中，不正確的是B。（A）特征尺寸越來越?。˙）晶圓尺寸越來越小（C）電源電壓越來越低（D）時鐘頻率越來越高2．下面幾種薄膜中，不屬于半導體膜的是B。（A）SiO2膜（B）單晶硅膜（C）多晶硅膜（D）GaAs膜8．下面幾種材料的薄膜中，不屬于介質(zhì)膜的是C。（A）SiO2膜（B）Si3N4膜（C）多晶硅膜（D）Al2O3膜注：①制作薄膜的材料很多，其中半導體材料有硅和砷化鎵；金屬材料有金和鋁；無機絕緣材料有二氧化硅、磷硅玻璃、氮化硅、三氧化二鋁；半絕緣材料有多晶硅和非晶硅等。此外，還有目前廣泛應用于生產(chǎn)的聚酰亞胺類有機絕緣樹脂材料等。②介質(zhì)膜在半導體生產(chǎn)中用途廣泛，主要用于雜質(zhì)擴散的掩蔽膜、絕緣膜，金屬層間介質(zhì)膜、鈍化膜等。主要的介質(zhì)膜有SiO2、Si3N4、Al2O3、PSG、BPSG等。3．下列有關芯片封裝的描述中不正確是C。（A）金屬封裝熱阻小有良好的散熱性能（B）塑料封裝機械性能差，導熱能力弱（C）金屬封裝成本低，塑料封裝成本高（D）陶瓷封裝的氣密性好，但脆性較高注：①金屬封裝：特點：堅固耐用，熱阻小有良好的散熱性能，有電磁屏蔽作用，但成本高，重量重，體積大②塑料封裝：特點：重量輕，體積小，有利于微型化，節(jié)省大量的金屬和合金，成本降低（一般可降低30%-60%）適合于自動化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，但機械性能差，導熱能力弱，對電磁不能屏蔽，一般適用于民品。③陶瓷封裝：特點：于集成電路封裝，特別是目前用于要求具有氣密性好、高可靠性或者大功率的情況4．下列選項中屬于光刻工藝三要素之一的是B。（A）曝光（B）光刻膠（C）顯影（D）刻蝕注：光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機5．下列有關擴散的幾種描述中不正確的是。（A）擴散是一種摻雜技術(shù)。（B）擴散有氣態(tài)擴散、液態(tài)擴散和固態(tài)擴散三種。（C）替位型雜質(zhì)在硅中的擴散方式有替代擴散、空位擴散以及間隙擴散三種。（D）替位型雜質(zhì)的摻入不會改變材料的電學性質(zhì)。注：雜質(zhì)在硅中的擴散運動通過空位機制、間隙機制實現(xiàn)。6．下列關于光刻膠的描述中正確的是C。（A）負膠具有較高的固有分辨率（B）正膠成本低，適合大批量生產(chǎn)（C）正膠的分辨率高，抗干法腐蝕能力強（D）負膠粘附性差，抗?jié)穹ǜg能力弱注：7．硅片中同時有淺施主和淺受主時，導電類型和載流子濃度由A決定。（A）雜質(zhì)濃度差（B）施主雜質(zhì)（C）受主雜質(zhì)（D）雜質(zhì)濃度和9．下列因素中對擴散系數(shù)大小不會造成影響的是。（A）溫度（B）雜質(zhì)種類（C）擴散環(huán)境（D）雜質(zhì)濃度變化率注：硅、鍺中的Ⅲ、Ⅴ族雜質(zhì)的電離能都很小，所以受主能級很接近于價帶頂，施主能及很接近于導帶底。通常將這些雜質(zhì)能級稱為淺能級，將產(chǎn)生淺能級的雜質(zhì)稱為淺能級雜質(zhì)施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)間有相互抵消的作用，即為雜質(zhì)的補償作用10．關于干法刻蝕的正確描述是B。（A）化學性刻蝕選擇比高且是各向異性刻蝕；（B）反應離子刻蝕（RIE）兼具各向異性與高選擇比等優(yōu)點；（C）化學性刻蝕方向性好，可獲得接近垂直的刻蝕側(cè)墻；（D）物理性刻蝕的選擇性好。注：①刻蝕工藝分類：濕法刻蝕（WETETCHING）：利用液態(tài)化學試劑或溶液與待刻材料反應生成可溶性化合物，達到刻蝕的效果。干法刻蝕（DRYETCHING）：主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團等)與材料發(fā)生化學反應或通過轟擊等物理作用而達到刻蝕的目的②選擇比：兩種不同材料的刻蝕速率比值。選擇比要高是指刻蝕時待刻材料的刻蝕速率要遠遠大于不需刻蝕材料的刻蝕速率。實際上，光刻膠和襯底在刻蝕過程中也會被小部分的刻蝕，因此刻蝕過程中，要求膜材料與光刻膠以及襯底的選擇比很高。③濕法刻蝕的特點：設備簡單，工藝操作方便，一般的常規(guī)生產(chǎn)均能滿足要求；對下層材料有較高的選擇比，對器件不會造成等離子體損傷；各向同性刻蝕性太強，難以控制線寬，分辨率低；刻蝕劑大多為腐蝕性較強的試劑，安全性較差④物理性刻蝕：利用輝光放電使氣體電離，再通過偏壓使正離子加速，濺擊在待刻膜層表面，將待刻材料的原子擊出。特點：刻蝕方向性好，可獲得接近垂直的刻蝕側(cè)墻；離子的濺擊面太廣，掩蔽層也會遭到刻蝕，使得刻蝕選擇性降低；被擊出的是非揮發(fā)性物質(zhì)，容易再次淀積，從而使刻蝕速率降低⑤化學性刻蝕：利用等離子將刻蝕氣體電離產(chǎn)生化學活性極強的原子（分子）團，擴散至待刻膜層表面，與待刻材料反應生成揮發(fā)性物質(zhì)，被真空設備抽離排出。特點：具有類似于濕法刻蝕的優(yōu)缺點：選擇比高但卻是各向同性刻蝕，線寬控制性差。⑥目前最廣泛使用的是將物理性刻蝕與化學性刻蝕結(jié)合在一起的反應離子刻蝕（RIE），這種刻蝕方法兼具各向異性與高選擇比等有點⑦在工業(yè)生產(chǎn)中一般以3μm線寬為界限，小于3μm普遍應用干法刻蝕技術(shù)。三、判斷題1.微電子學，即微型電子學，其核心是集成電路。（√）2．按功能分類，集成電路可以分為雙極型、MOS型和BiMOS型。（）3．硅片中同時有淺施主和淺受主時，導電類型和載流子濃度數(shù)量由雜質(zhì)濃度差決定。（√）4．施主雜質(zhì)的溶解度，將隨晶體中的受主雜質(zhì)含量的增加而增大。（）5．在半導體生產(chǎn)中SiO2膜作為雜質(zhì)選擇性擴散的掩蔽膜適用于任何雜質(zhì)。（×）注：SiO2膜在半導體生產(chǎn)中的作用（1）作為雜質(zhì)選擇擴散的掩蔽膜A.掩蔽作用：膜能阻擋雜質(zhì)向半導體中擴散的能力。a.雜質(zhì)在SiO2中并不是不擴散，只是擴散系數(shù)較?。籦.并不是所有的雜質(zhì)都能用SiO2來掩蔽（如Al、GaIn等雜質(zhì)在SiO2中的擴散系數(shù)比在Si中大，不能用來掩蔽）。B.掩蔽條件：DSiO2<<DSi，SiO2有足夠的厚度。6．方塊電阻反映了單位面積擴散進去的雜質(zhì)的總量，擴散的雜質(zhì)越多，方塊電阻越大。所以可以通過測方塊電阻來檢測擴散進去的單位面積的雜質(zhì)量。（）7．插塞是用來連接上下兩層金屬的導電材料，常用插塞為鎢插塞。（√）注：插塞的定義：用來連接上下兩層金屬 的導電材料。常用鎢材料，因為鎢具有 比鋁好的通孔填充性。稱為鎢插塞。8．旋涂玻璃法平坦化工藝可實現(xiàn)全局平坦化，化學機械拋光可實現(xiàn)局部平坦化。（×）注：①②玻璃（熱熔）回流法③旋涂膜層法（SOG）④化學機械拋光法（CMP）9．被曝光的部分由可溶性物質(zhì)變成了非溶性物質(zhì)的光刻膠稱為正膠。（×）19．被曝光的部分由可溶性物質(zhì)變成了非溶性物質(zhì)的光刻膠稱為負膠。（√）10．光敏度由曝光效率決定，正膠比負膠有更高的曝光效率，故正膠的光敏度大。（√）注：光敏度：指光刻膠完成所需圖形曝光的最小曝光劑量光敏度由曝光效率決定，正膠比負膠有更高的曝光效率，故正膠的光敏度大，光敏度大可減小曝光時間。實際工藝中對光刻膠光敏度的要求是有限制的，如果光刻膠的光敏度過高，室溫下就可能發(fā)生熱反應，這將使光刻膠的存儲時間減少。11.特征尺寸越來越大是集成電路的發(fā)展趨勢之一。（×）12．雜質(zhì)在硅中的溶解度是集成電路制造過程中選擇雜質(zhì)的重要依據(jù)。（）18．受主雜質(zhì)的溶解度，將隨晶體中的施主雜質(zhì)含量的增加而增大。（）13．在單晶硅的兩種拉制方法中，懸浮區(qū)熔法較直拉法更易拉制大直徑單晶硅。（×）注：懸浮區(qū)熔法制單晶的特點：14．SiO2網(wǎng)絡中氧的存在有兩種形式（橋聯(lián)氧和非橋聯(lián)氧），其中橋聯(lián)氧原子濃度越高，網(wǎng)絡的強度越強。（√）15．菲克擴散定律中的負號表示擴散方向與雜質(zhì)濃度的增加方向相反。（√）16．光刻膠的對比度會直接影響到曝光后光刻膠膜的傾角和線寬。（√）17．刻蝕工藝實現(xiàn)的圖形轉(zhuǎn)換發(fā)生在掩膜版和光刻膠層之間。（×）20.磨料、拋光墊、拋光壓力和選擇比是影響CMP拋光質(zhì)量的重要因素。（√）注：影響CMP質(zhì)量的因素為：磨料、拋光墊環(huán)境調(diào)節(jié)器、拋光墊、拋光壓力和選擇比四、簡答題5．簡述由多晶硅制備單晶硅的三個具體條件；目前由多晶硅制備單晶硅的主要方法有哪兩種，兩種方法各有什么特點？答：①從多晶硅制備單晶的三個條件：②單晶硅的制備方法：直拉法(Czochralski，CZ法和懸浮區(qū)熔法(Float-Zone，F(xiàn)Z)懸浮區(qū)熔法制單晶的特點：2．簡述半導體生產(chǎn)中常用薄膜的種類及用途。薄膜的制備方法分哪兩類？并舉例說明兩類制備方法各自的特點。答：①半導體器件制備過程中要使用多種薄膜，例如：起表面保護、鈍化和隔離作用的絕緣介質(zhì)膜；作為器件工作區(qū)的外延膜；實現(xiàn)定域工藝的掩蔽膜；作為電極引線和柵電極的金屬膜及多晶硅膜等。②制作薄膜的材料很多，其中半導體材料有硅和砷化鎵；金屬材料有金和鋁；無機絕緣材料有二氧化硅、磷硅玻璃、氮化硅、三氧化二鋁；半絕緣材料有多晶硅和非晶硅等。此外，還有目前廣泛應用于生產(chǎn)的聚酰亞胺類有機絕緣樹脂材料等。③制備薄膜的方法概括起來可分為間接生長法和直接生長法兩大類。(1)間接生長法。間接生長法是指制備薄膜所需要的原子或分子是由含其組元的化合物通過氧化、還原或熱分解等化學反應而得到的。這種方法設備簡單、容易控制、重復性好、適宜大批量生產(chǎn)，工業(yè)上應用廣泛，如氣相外延、熱生長氧化和化學氣相淀積等。(2)直接生長法。直接生長法是指將源直接轉(zhuǎn)移到襯底上形成薄膜，不經(jīng)過中間化學反應，如液相外延、分子束外延、真空蒸發(fā)、濺射和涂敷等3．雙極型集成電路制造中常用的隔離技術(shù)有哪些？說明各自的優(yōu)缺點。答：PN結(jié)隔離的方法：利用反向偏置的PN結(jié)具有高阻的特性來達到元件之間相互絕緣的目的。優(yōu)