集成电路制造技术-原理与技术试题库

填空题（30分=1分*30）(只是答案) 半导体级硅 、 GSG 、 电子级硅 。

CZ 法 、 区熔法、 硅锭 、wafer 、硅 、锗、单晶生长、整型、切片、磨片倒角、刻蚀、（抛光）、清洗、检查和包装。

100 、110 和111 。

融化了的半导体级硅液体、有正确晶向的、被掺杂成p 型或n 型、 实现均匀掺杂的同时并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径并且限制杂质引入到硅中 、拉伸速率 、晶体旋转速率 。

去掉两端、径向研磨、硅片定位边和定位槽。

制备工业硅、生长硅单晶、 提纯）。

卧式炉 、立式炉 、快速热处理炉 。

干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化。

工艺腔、硅片传输系统、气体分配系统、尾气系统、温控系统。

局部氧化LOCOS 、浅槽隔离STI 。

掺杂阻挡、表面钝化、场氧化层和金属层间介质。

热生长 、淀积 、薄膜 。

石英工艺腔、加热器、石英舟。

APCVD 常压化学气相淀积、LPCVD 低压化学气相淀积、PECVD 等离子体增强化学气相淀积。

晶核形成、聚焦成束 、汇聚成膜。

同质外延、异质外延。

膜应力、电短路、诱生电荷。

导电率、高黏附性、淀积 、平坦化、可靠性、抗腐蚀性、应力等。

CMP 设备 、电机电流终点检测、光学终点检测。

平滑、部分平坦化、局部平坦化、全局平坦化。

磨料、压力。

使硅片表面和石英掩膜版对准并聚焦，包括图形）；（通过对光刻胶曝光，把高分辨率的投影掩膜版上图形复制到硅片上）；（在单位时间内生产出足够多的符合产品质量规格的硅片）。

化学作用、物理作用、化学作用与物理作用混合。

介质、金属 。

在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形。

被刻蚀图形的侧壁形状、各向同性、各向异性。

气相、液相、 固相扩散。

间隙式扩散机制、替代式扩散机制、激活杂质后。

一种物质在另一种物质中的运动、一种材料的浓度必须高于另一种材料的浓度 ）和（ 系统内必须有足够的能量使高浓度的材料进入或通过另一种材料。

热扩散 、离子注入。

预淀积 、推进、激活。

时间、温度 。

扩散区、光刻区、刻蚀区、注入区、薄膜区、抛光区。

硅片制造备 ）、（ 硅片制造 ）、硅片测试和拣选、（ 装配和封装 、终测。

微芯片。

第一层层间介质氧化物淀积、氧化物磨抛、第十层掩模、第一层层间介质刻蚀。

钛淀积阻挡层、氮化钛淀积、钨淀积 、磨抛钨。

1． 常用的半导体材料为何选择硅？（6分）（1）硅的丰裕度。

硅是地球上第二丰富的元素，占地壳成分的25%；经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本；（2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限。

硅1412℃>锗937℃（3）更宽的工作温度。

用硅制造的半导体件可以用于比锗更宽的温度范围，增加了半导体的应用范围和可靠性； （4）氧化硅的自然生成。

氧化硅是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污；氧化硅具有与硅类似的机械特性，允许高温工艺而不会产生过度的硅片翘曲； 2． 晶圆的英文是什么？简述晶圆制备的九个工艺步骤。

（6分） Wafer 。

（1） 单晶硅生长: 晶体生长是把半导体级硅的多晶硅块转换成一块大的单晶硅。

生长后的单晶硅被称为硅锭。

可用CZ 法或区熔法。

（2） 整型。

去掉两端，径向研磨，硅片定位边或定位槽。

（3） 切片。

对200mm 及以上硅片而言，一般使用内圆切割机；对300mm 硅片来讲都使用线锯。

（4） 磨片和倒角。

切片完成后，传统上要进行双面的机械磨片以去除切片时留下的损伤，达到硅片两面高度的平行及平坦。

硅片边缘抛光修整，又叫倒角，可使硅片边缘获得平滑的半径周线。

（5） 刻蚀。

在刻蚀工艺中，通常要腐蚀掉硅片表面约20微米的硅以保证所有的损伤都被去掉。

（6） 抛光。

也叫化学机械平坦化（CMP ），它的目标是高平整度的光滑表面。

抛光分为单面抛光和双面抛光。

（7） 清洗。

半导体硅片必须被清洗使得在发给芯片制造厂之前达到超净的洁净状态。

（8） 硅片评估。

（9） 包装。

3． 硅锭直径从20世纪50年代初期的不到25mm 增加到现在的300mm 甚至更大，其原因是什么？（6分）（1） 更大直径硅片有更大的表面积做芯片，能够减少硅片的浪费。

（2） 每个硅片上有更多的芯片，每块芯片的加工和处理时间减少，导致设备生产效率变高。

（3） 在硅片边缘的芯片减少了，转化为更高的生产成品率。

（4） 在同一工艺过程中有更多芯片，所以在一块芯片一块芯片的处理过程中，设备的重复利用率提高了。

氧化4.立式炉出现的主要原因，其主要控制系统分为哪五个部分？（6分）(1) 立式炉更易于自动化、可改善操作者的安全以及减少颗粒污染。

与卧式炉相比可更好地控制温度和均匀性。

(2) 工艺腔，硅片传输系统，气体分配系统，尾气系统，温控系统。

5.试写出光刻工艺的基本步骤。

（6分） （1）气相成底膜；（2）旋转涂胶；（3）软烘 ；（4）对准和曝光；（ 5）曝光后烘焙(PEB)； （6） 显影； （7）坚膜烘焙； （8）显影检查。

4． 已知曝光的波长 为365nm ，光学系统的数值孔径NA 为0.60，则该光学系统的焦深DOF 为多少？（6分）5． 简述扩散工艺的概念。

（6分）扩散是物质的一个基本属性，描述了一种物质在另一种物质中运动的情况。

扩散的发生需要两个必要的条件：（1）一种材料的浓度必须高于另一种材料的浓度；（2）系统内必须有足够的能量使高浓度的材料进入或通过另一种材料。

气相扩散：空气清新剂喷雾罐 液相扩散：一滴墨水滴入一杯清水固相扩散：晶圆暴露接触一定浓度的杂质原子（半导体掺杂工艺的一种） 6． 名词解释：离子注入。

（6分）离子注入是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，以改变其电学性能的方法。

它是一个物理过程，即不发生化学反应。

离子注入在现代硅片制造过程中有广泛应用，其中最主要的用途是掺杂半导体材料。

四、综合题：（30分=15分*2，20题）2题/章 1． 对下图所示的工艺进行描述，并写出工艺的主要步骤。

（15分）描述：图示工艺：选择性氧化的浅槽隔离（STI ）技术。

（用于亚0.25微米工艺）STI 技术中的主要绝缘材料是淀积氧化物。

选择性氧化利用掩膜来完成，通常是氮化硅，只要氮化硅膜足够厚，覆盖了氮化硅的硅表面就不会氧化。

掩膜经过淀积、图形化、刻蚀后形成槽。

在掩膜图形曝露的区域，热氧化150~200埃厚的氧化物后，才能进行沟槽填充。

这种热生长的氧化物使硅表面钝化，并且可以使浅槽填充的淀积氧化物和硅相互隔离，它还能作为有效的阻挡层，避免器件中的侧墙漏电流产生。

步骤：1氮化硅淀积 2氮化硅掩蔽与刻蚀 3侧墙氧化与沟槽填充 4氧化硅的平坦化(CMP)5氮化硅去除。

浅槽隔离(STI)的剖面 2． 识别下图所示工艺，写出每个步骤名称并进行描述，对其特有现象进行描述。

（15分）答：一 ）此为选择性氧化的局部氧化LOCOS （0.25微米以上的工艺 ）二 ）步骤名称及描述：1 氮化硅淀积。

2 氮化硅掩蔽与刻蚀3 硅的局部氧化 LOCOS 场氧化层的剖面4 氮化硅去除用淀积氮化物膜作为氧化阻挡层，因为淀积在硅上的氮化物不能被氧化，所以刻蚀后的区域可用来选择性氧化生长。

热氧化后，氮化物和任何掩膜下的氧化物都将被除去，露出赤裸的硅表面，为形成器件作准备。

三）特有现象描述：当氧扩散穿越已生长的氧化物时，它是在各个方向上扩散的（各向同性）。

一些氧原子纵向扩散进入硅，另一些氧原子横向扩散。

这意味着在氮化物掩膜下有着轻微的侧面氧化生长。

由于氧化层比消耗的硅更厚，所以在氮化物掩膜下的氧化生长将抬高氮化物的边缘，我们称为“鸟嘴效应”金属化3． 按照下图，解释化学机械平坦化工艺。

（15分）CMP 是一种表面全局平坦化的技术，它通过硅片和一个抛光头之间的相对运动来平坦化硅片表面，在硅片和抛光头之间有磨料，并同时施加压力。

CMP 设备——抛光机光刻4． 识别下图所示工艺，写出每个步骤名称并进行描述。

（15分）答：1 气相成底膜：清洗、脱水，脱水烘焙后立即用HMDS 进行成膜处理，起到粘附促进剂的作用。

2 采用旋转涂胶的方法涂上液相光刻胶材料。

3 软烘：其目的是除去光刻胶中的溶剂。

4 对准和曝光：掩模板与涂了胶的硅片上的正确位置对准。

然后将掩模板和硅片曝光。

5 曝光后烘焙：深紫外（DUV ）光刻胶在100-110℃的热板上进行曝光后烘焙。

6 显影：是在硅片表面光刻胶中产生图形的关键步骤。

7 坚模烘焙：要求会发掉存留的光刻胶溶剂，提高光刻胶对硅片表面的粘附性。

8 显影后检查：目的是找出光刻胶有质量问题的硅片，描述光刻胶工艺性能以满足规范要求。

刻蚀 5． 等离子体干法刻蚀系统的主要部件有哪性？试举出三种主要类型，并对圆筒式等离子体刻蚀机作出介绍。

（15分）答：一个等离子体干法刻蚀系统的基本部件包括：（1）发生刻蚀反应的反应腔；（2）产生等离子体的射频电源；（3）气体流量控制系统；（4）去除刻蚀生成物和气体的真空系统。

圆桶式反应器是圆柱形的，在0.1~1托压力下具有几乎完全相同的化学各向同性刻蚀。

硅片垂直、小间距地装在一个石英舟上。

射频功率加在圆柱两边的电极上。

通常有一个打孔的金属圆柱形刻蚀隧道，它把等离子体限制在刻蚀隧道和腔壁之间的外部区域。

硅片与电场平行放置使物理刻蚀最小。

等离子体中的刻蚀基扩散到刻蚀隧道内，而等离子体中的带能离子和电子没有进入这一区域。

这种刻蚀是具有各向同性和高选择比的纯化学过程。

因为在硅片表面没有物理的轰击，因而它具有最小的等离子体诱导损伤。

圆桶式等离子体反应器主要用于硅片表面的去胶。

氧是去胶的主要刻蚀机。

离子注入 6． 对下图中的设备进行介绍，并对其所属的工艺进行描述。

（15分）离子注入工艺在离子注入机内进行，它是半导体工艺中最复杂的设备之一。

离子注入机包含离子源部分，它能从原材料中产生带正电荷的杂质离子。

离子被吸出，然后用质量分析仪将它们分开以形成需要掺杂离子的束流。

束流中的离子数量与希望引入硅片的杂质浓度有关。

离子束在电场中加速，获得很高的速度（107cm/s 数量级），使离子有足够的动能注入到硅片的晶格结构中。

束流扫描整个硅片，使硅片表面均匀掺杂。

注入之后的退火过程将激活晶格结构中的杂质离子。

所有注入工艺都是在高真空下进行的。

离子注入设备包含以下5 个部分： （1）离子源；（2）引出电极（吸极）和离子分析器；（3）加速管；（4）扫描系统；（5）工艺室离子注入是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，以改变其电学性能的方法。

它是一个物理过程，即不发生化学反应。

离子注入在现代硅片制造过程中有广泛应用，其中最主要的用途是掺杂半导体材料。

每一次掺杂对杂质的浓度和深度都有特定的要求。

离子注入能够重复控制杂质的浓度和深度，因而在几乎所有应用中都优于扩散。