硅工艺 《集成电路制造技术》课程 试题
一、填空题
晶圆制备
1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（GSG ），有时也被称为（电子级硅）。
2．单晶硅生长常用（CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。
3．晶圆的英文是（wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。
4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是整型、定向、标识。
5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（100 ）、（110 ）和（111）。
6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有确定晶向的）并且（被掺杂成p型或n型）的固体硅锭。
7．CZ直拉法的目的是（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）。影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。
8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。
9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。
10.晶片需要经过切片、磨片、抛光后，得到所需晶圆。
氧化
10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。
11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。
12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。
13．用于热氧化工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。
14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（STI ）。
15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。
16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（蒸发）、退火和合金。
17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。
18．卧式炉的工艺腔或炉管是对硅片加热的场所，它由平卧的（石英工艺腔）、（加热器）和（石英舟）组成。
淀积
19．目前常用的CVD系统有：（APCVD ）、（LPCVD ）和（PECVD ）。
20．淀积膜的过程有三个不同的阶段。第一步是（晶核形成），第二步是（聚焦成束），第三步是（汇聚成膜）。21．缩略语PECVD、LPCVD、HDPCVD和APCVD的中文名称分别是（等离子体增强化学气相淀积）、（低压化学气相淀积）、高密度等离子体化学气相淀积、和（常压化学气相淀积）。
22．在外延工艺中，如果膜和衬底材料（相同），例如硅衬底上长硅膜，这样的膜生长称为（同质外延）；反之，膜和衬底材料不一致的情况，例如硅衬底上长氧化铝，则称为（异质外延）。
23．化学气相淀积是通过（）的化学反应在硅片表面淀积一层（）的工艺。硅片表面及其邻近的区域被（）来向反应系统提供附加的能量。
金属化
24．金属按其在集成电路工艺中所起的作用，可划分为三大类：（）、（）和（）。
25．气体直流辉光放电分为四个区，分别是：无光放电区、汤生放电区、辉光放电区和电弧放电区。其中辉光放电区包括前期辉光放电区、（）和（），则溅射区域选择在（）。
26．集成电路工艺中利用溅射现象主要用来（），还可以用来（）。
27．对芯片互连的金属和金属合金来说，它所必备一些要求是：（导电率）、高黏附性、（淀积）、（平坦化）、可靠性、
抗腐蚀性、应力等。
28．在半导体制造业中，最早的互连金属是（铝），在硅片制造业中最普通的互连金属是（铜），。
29．写出三种半导体制造业的金属和合金（Al ）、（Cu ）和（铝铜合金）。
30．阻挡层金属是一类具有（高熔点）的难熔金属，金属铝和铜的阻挡层金属分别是（W ）和（W ）。
31．被用于传统和双大马士革金属化的不同金属淀积系统是：（）、（）、（）和铜电镀。
32．溅射主要是一个（）过程，而非化学过程。在溅射过程中，（）撞击具有高纯度的靶材料固体平板，按物理过程撞击出原子。这些被撞击出的原子穿过（），最后淀积在硅片上。
平坦化
33．缩略语PSG、BPSG的中文名称分别是（）、（）。
34．列举硅片制造中用到CMP的几个例子：（）、LI氧化硅抛光、（）、（）、钨塞抛光和双大马士革铜抛光。35．终点检测是指（CMP设备）的一种检测到平坦化工艺把材料磨到一个正确厚度的能力。两种最常用的原位终点检测技术是（电机电流终点检测）和（光学终点检测）。
36．硅片平坦化的四种类型分别是（平滑）、部分平坦化、（局部平坦化）和（全局平坦化）。
37．传统的平坦化技术有（）、（）和（）。
38．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）。
光刻
39．光刻包括两种基本的工艺类型：负性光刻和（正性光刻），两者的主要区别是所用光刻胶的种类不同，前者是（负性光刻胶），后者是（正性光刻胶）。
40．写出下列光学光刻中光源波长的名称：436nmG线、365nmI线、193nm深紫外、157nm（）。
41．光学光刻中，把与掩膜版上图形（）的图形复制到硅片表面的光刻是（）性光刻；把与掩膜版上相同的图形复制到硅片表面的光刻是（）性光刻。
42．对于半导体微光刻技术，在硅片表面涂上（）来得到一层均匀覆盖层最常用的方法是旋转涂胶，其有4个步骤：（）、旋转铺开、旋转甩掉和（）。
43．光学光刻的关键设备是光刻机，其有三个基本目标：（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）。
刻蚀
44．在半导体制造工艺中有两种基本的刻蚀工艺：（）和（）。前者是（）尺寸下刻蚀器件的最主要方法，后者一般只是用在大于3微米的情况下。
45．在干法刻蚀中发生刻蚀反应的三种方法是（化学作用）、（物理作用）和（化学作用与物理作用混合）。46．随着铜布线中大马士革工艺的引入，金属化工艺变成刻蚀（介质）以形成一个凹槽，然后淀积（金属）来覆盖其上的图形，再利用（CMP ）把铜平坦化至ILD的高度。
47．刻蚀是用（化学方法）或（物理方法）有选择地从硅片表面去除不需要材料的工艺过程，其基本目标是（在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形）。
48．刻蚀剖面指的是（被刻蚀图形的侧壁形状），有两种基本的刻蚀剖面：（各向同性）刻蚀剖面和（各向异性）刻蚀剖面。
扩散
49．本征硅的晶体结构由硅的（）形成，导电性能很差，只有当硅中加入少量的杂质，使其结构和（）发生改变时，硅才成为一种有用的半导体，这一过程称为（）。
50．集成电路制造中掺杂类工艺有（）和（）两种，其中（）是最重要的掺杂方法。
51．掺杂被广泛应用于硅片制作的全过程，硅芯片需要掺杂（）和VA族的杂质，其中硅片中掺入磷原子形成（）硅片，掺入硼原子形成（）硅片。
52．扩散是物质的一个基本性质，分为三种形态：（气相）扩散、（液相）扩散和（固相）扩散。
53．杂质在硅晶体中的扩散机制主要有两种，分别是（间隙式扩散机制）扩散和（替代式扩散机制）扩散。杂质只有在成为硅晶格结构的一部分，即（激活杂质后），才有助于形成半导体硅。
54．扩散是物质的一个基本性质，描述了（一种物质在另一种物质中的运动）的情况。其发生有两个必要条件：（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）。
55．集成电路制造中掺杂类工艺有（热扩散）和（离子注入）两种。在目前生产中，扩散方式主要有两种：恒定表面源扩散和（）。
56．硅中固态杂质的热扩散需要三个步骤：（预淀积）、（推进）和（激活）。
57．热扩散利用（高温）驱动杂质穿过硅的晶体结构，这种方法受到（时间）和（温度）的影响。
58．硅掺杂是制备半导体器件中（）的基础。其中pn结就是富含（IIIA族杂质）的N型区域和富含（VA族杂质）的P型区域的分界处。
离子注入
59．注入离子的能量可以分为三个区域：一是（），二是（），三是（）。60．控制沟道效应的方法：（）；（）；（）和使用质量较大的原子。
61．离子束轰击硅片的能量转化为热，导致硅片温度升高。如果温度超过100摄氏度，（）就会起泡脱落，在去胶时就难清洗干净。常采用两种技术来冷却硅片。
62．最常用的杂质源物质有（）、（）、（）和AsH3等气体。
63．离子注入设备包含6个部分：（）、引出电极、离子分析器、（）、扫描系统和（）。
64．离子注入是一种向硅衬底中引入（）的杂质，以改变其（）的方法，它是一个物理过程，即不发生（）。
工艺集成
65．芯片硅片制造厂可以分为6个独立的生产区：扩散区、（光刻区）、刻蚀区、（注入区）、（薄膜区）和抛光区。66．集成电路的发展时代分为：（小规模集成电路SSI ）、中规模集成电路MSI、（大规模集成电路LSI ）、超大规模集成电路VLSI、（甚大规模集成电路ULSI ）和极大规模集成电路。
67．集成电路的制造分为五个阶段，分别为（硅单晶制备）、（硅片制造）、硅片测试和拣选、（装配和封装）、终测。68．制造电子器件的基本半导体材料是圆形单晶薄片，称为硅片或（硅衬底）。在硅片制造厂，由硅片生产的半导体产品，又被称为（微芯片）或（芯片）。
69．光刻区位于硅片厂的中心，经过光刻处理的硅片只流入两个区，因此只有三个区会处理涂胶的硅片，它们是（）、（）和（）。
二、判断题（10分=1分*10）10题/章
晶圆制备
1．半导体级硅的纯度为99.9999999%。（√）
2．冶金级硅的纯度为98%。（√）
3．西门子工艺生产的硅没有按照希望的晶体顺序排列原子。（√）
4．对半导体制造来讲，硅片中用得最广的晶体平面是（100）、（110）和（111）。（√）
5．CZ直拉法是按照在20世纪90年代初期它的发明者的名字来命名的。（√）
6．用来制造MOS器件最常用的是（100）面的硅片，这是因为（100）面的表面状态更有利于控制MOS器件开态和关态所要求的阈值电压。（√）
7．（111）面的原子密度更大，所以更易生长，成本最低，所以经常用于双极器件。（√）
8．区熔法是20世纪50年代发展起来的，能生产到目前为止最纯的硅单晶，含氧量非常少。（√）
9．85%以上的单晶硅是采用CZ直拉法生长出来的。（√）
10．成品率是指在一片晶圆上所有芯片中好芯片所占的百分比。（√）
氧化
11．当硅片暴露在空气中时，会立刻生成一层无定形的氧化硅薄膜。（√）
12．暴露在高温的氧气氛围中，硅片上能生长出氧化硅。生长一词表示这个过程实际是消耗了硅片上的硅材料。（√）13．二氧化硅是一种介质材料，不导电。（√）
14．硅上的自然氧化层并不是一种必需的氧化材料，在随后的工艺中要清洗去除。（√）
15．栅氧一般通过热生长获得。（√）
16．虽然直至今日我们仍普遍采用扩散区一词，但是硅片制造中已不再用杂质扩散来制作pn结，取而代之的是离子注入。（√）17．氧化物有两个生长阶段来描述，分别是线性阶段和抛物线阶段。（√）
18．传统的0.25μm工艺以上的器件隔离方法是硅的局部氧化。（√）
19．用于亚0.25μm工艺的选择性氧化的主要技术是浅槽隔离。（√）
20．快速热处理是一种小型的快速加热系统，带有辐射热和冷却源，通常一次处理一片硅片。（√）
淀积
21．CVD是利用某种物理过程，例如蒸发或者溅射现象实现物质的转移，即原子或分子由源转移到衬底（硅）表面上，并淀积成薄膜。（×）
22．高阻衬底材料上生长低阻外延层的工艺称为正向外延。（×）
23．LPCVD反应是受气体质量传输速度限制的。（√）
24．外延就是在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层，即外延层。（√）
25．在半导体产业界第一种类型的CVD是APCVD。（√）
26．外延就是在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层，分为同质外延和异质外延两大类。（√）
27．CVD反应器的冷壁反应器只加热硅片和硅片支持物。（×）冷壁反应器通常只对衬底加热，
28．APCVD反应器中的硅片通常是平放在一个平面上。（√）
29．与APCVD相比，LPCVD有更低的成本、更高的产量以及更好的膜性能，因此应用更为广泛。（√）
30．LPCVD紧随PECVD的发展而发展。由660℃降为450℃，采用增强的等离子体，增加淀积能量，即低压和低温。（×）金属化
31．接触是指硅芯片内的器件与第一层金属层之间在硅表面的连接。（√）
32．大马士革工艺来源于一种类似精制的镶嵌首饰或艺术品的图案。（√）
33．蒸发最大的缺点是不能产生均匀的台阶覆盖，但是可以比较容易的调整淀积合金的组分。（×）很难调整淀积合金的组分34．大马士革工艺的重点在于介质的刻蚀而不是金属的刻蚀。（√）
35．接触是由导电材料如铝、多晶硅或铜制成的连线将电信号传输到芯片的不同部分。（×）
36．阻挡层金属是淀积金属或金属塞，其作用是增加上下层材料的附着。（×）
37．传统互连金属线的材料是铝，即将取代它的金属材料是铜。（×）
38．溅射是个化学过程，而非物理过程。（×）
平坦化
39．表面起伏的硅片进行平坦化处理，主要采用将低处填平的方法。（×）
40．化学机械平坦化，简称CMP，它是一种表面全局平坦化技术。（√）
41．平滑是一种平坦化类型，它只能使台阶角度圆滑和侧壁倾斜，但高度没有显著变化。（√）
42．反刻是一种传统的平坦化技术，它能够实现全局平坦化。（×）
43．电机电流终点检测不适合用作层间介质的化学机械平坦化。（√）
44．在CMP设备中被广泛采用的终点检测方法是光学干涉终点检测。（√）
45．CMP带来的一个显著的质量问题是表面微擦痕。小而难以发现的微擦痕导致淀积的金属中存在隐藏区，可能引起同一层金属之间的断路。（√）
46．20世纪90年代初期使用的第一台CMP设备是用样片估计抛光时间来进行终点检测的。（√）
47．旋涂膜层是一种传统的平坦化技术，在0.35μm及以上器件的制造中常普遍应用于平坦化和填充缝隙。（√）
48．没有CMP，就不可能生产甚大规模集成电路芯片。（×）
光刻
49．最早应用在半导体光刻工艺中的光刻胶是正性光刻胶。（×）
50．光刻区使用黄色荧光灯照明的原因是，光刻胶只对特定波长的光线敏感，例如深紫外线和白光，而对黄光不敏感。（√）51．曝光后烘焙，简称后烘，其对传统I线光刻胶是必需的。（√）
52．对正性光刻来说，剩余不可溶解的光刻胶是掩膜版图案的准确复制。（√）
53．芯片上的物理尺寸特征被称为关键尺寸，即CD。（√）
54．光刻的本质是把电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。（√）
55．有光刻胶覆盖硅片的三个生产区域分别为光刻区、刻蚀区和扩散区。（√）
56．投影掩膜版上的图形是由金属钽所形成的。（×）铬
57．光刻是集成电路制造工艺发展的驱动力。（√）
刻蚀
58．各向异性的刻蚀剖面是在所有方向上（横向和垂直方向）以相同的刻蚀速率进行刻蚀。（×）
59．干法刻蚀是亚微米尺寸下刻蚀器件的最主要方法，湿法腐蚀一般只是用在尺寸较大的情况下刻蚀器件，例如大于3微米。（√）
60．不正确的刻蚀将导致硅片报废，给硅片制造公司带来损失。（√）
61．对于大马士革工艺，重点是在于金属的刻蚀而不是介质的刻蚀。（×）
62．刻蚀速率通常正比于刻蚀剂的浓度。（√）
63．刻蚀的高选择比意味着只刻除想要刻去的那一层材料。（√）
64．在半导体生产中，湿法腐蚀是最主要的用来去除表面材料的刻蚀方法。（×）
65．在刻蚀中用到大量的化学气体，通常用氟刻蚀二氧化硅。（√）
66．与干法刻蚀相比，湿法腐蚀的好处在于对下层材料具有高的选择比，对器件不会带来等离子体损伤，并且设备简单。（√）67．高密度等离子体刻蚀机是为亚0.25微米图形尺寸而开发的最重要的干法刻蚀系统。（√）
扩散
68．在晶片制造中，有两种方法可以向硅片中引入杂质元素，即热扩散和离子注入。（√）
69．晶体管的源漏区的掺杂采用自对准技术，一次掺杂成功。（√）
70．在硅中固态杂质的热扩散需要三个步骤：预淀积、推进和激活。（√）
71．纯净的半导体是一种有用的半导体。（×）
72．CD越小，源漏结的掺杂区越深。（√）
73．掺杂的杂质和沾污的杂质是一样的效果。（×）
74．扩散率越大，杂质在硅片中的移动速度就越大。（√）
75．硅中的杂质只有一部分被真正激活，并提供用于导电的电子或空穴（大约3%~5%），大多数杂质仍然处在间隙位置，没有被电学激活。（√）
76．热扩散中的横向扩散通常是纵向结深的75%~85%。先进的MOS电路不希望发生横向扩散，因为它会导致沟道长度的减小，影响器件的集成度和性能。（√）
离子注入
77．离子注入会将原子撞击出晶格结构而损伤硅片晶格，高温退火过程能使硅片中的损伤部分或绝大部分得到消除，掺入的杂质也能得到一定比例的电激活。（√）
78．离子注入中静电扫描的主要缺点是离子束不能垂直轰击硅片，会导致光刻材料的阴影效应，阻碍离子束的注入。（√）79．P是VA族元素，其掺杂形成的半导体是P型半导体。（√）
80．硼是VA族元素，其掺杂形成的半导体是P型半导体。（×）
81．离子注入是唯一能够精确控制掺杂的手段。（√）
82．离子注入是一个物理过程，不发生化学反应。（√）
83．离子注入物质必须以带电粒子束或离子束的形式存在。（√）
84．离子注入的缺点之一是注入设备的复杂性。（√）
85．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。（×）
86．离子注入中高能量意味着注入硅片更深处，低能量则用于超浅结注入。（√）
工艺集成
87．CD是指硅片上的最小特征尺寸。（√）
88．集成电路制造就是在硅片上执行一系列复杂的化学或者物理操作。简而言之，这些操作可以分为三大基本类：薄膜制作、光刻和掺杂。（√）
89．人员持续不断地进出净化间，是净化间沾污的最大来源。（√）
90．硅片制造厂可分为六个独立的区域，各个区域的照明都采用同一种光源以达到标准化。（×）
91．世界上第一块集成电路是用硅半导体材料作为衬底制造的。（×）
92．集成电路是由Kilby和Noyce两人于1959年分别发明，并共享集成电路的专利。（√）
93．多晶硅栅的宽度通常是整个硅片上最关键的CD线宽。（√）
94．大马士革工艺的名字来源于几千年前叙利亚大马士革的一位艺术家发明的一种技术。（√）
三、简答题
晶圆制备
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．写出用硅石制备半导体级硅的过程。（6分）
西门子法。
3．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。
4．写出下列晶圆的晶向和导电类型。（6分）
5．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
6．列举集成电路工艺里氧化物的六种应用。（6分）
7．列出干氧氧化和湿氧氧化的化学反应式及其各自的特点。（6分）
8．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。
淀积
9．名词解释CVD（6分）
10．列举淀积的6种主要技术。（6分）
11．在硅片加工中可以接受的膜必须具备需要的膜特性，试列出其中6种特性。（6分）
12．阐述蒸发法淀积合金薄膜的过程，并说明这种方法的局限性？（6分）
13．简述真空蒸发法制备薄膜的过程。（6分）
平坦化
14．名词解释：CMP。（6分）
15．什么是终点检测？现在最常用的原位终点检测有哪些？（6分）
光刻
16．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。
17．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）
18．分别描述正负光刻胶的特点。
19．比较三种常见光刻（曝光）方法的优缺点。
20．什么是数值孔径？陈述它的公式，包括近似公式。
刻蚀
21．什么是干法刻蚀？什么是湿法腐蚀？两者所形成的刻蚀剖面有何区别？
22．什么是等离子体去胶？
23．干法刻蚀相比于湿法腐蚀的优点有哪些？
24．干法等离子体反应器有哪些主要类型？
25．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）
26．什么是掺杂工艺，在晶片制造中，主要有几种方法进行掺杂？
27．简述扩散工艺第一步预淀积的主要步骤。
28．扩散工艺第二步推进的主要目的是什么？
离子注入
29．解释离子注入时的能量淀积过程。
30．离子注入工艺采用何种设备？列举离子注入设备的5个主要子系统。
31．名词解释：离子注入。
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。
工艺集成
32．名词解释：集成电路。
33．什么是芯片的关键尺寸？这种尺寸为何重要？
四、综合题：
1．根据CZ拉单晶的示意图，简述其工艺过程，并描述硅单晶的几个组成部分。
2．比较下面两图中区别，阐述其中的工艺现象。
3．对下图中的设备进行介绍，并对其所属的工艺进行描述。
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。它已经成为满足亚0.25μm 特征尺寸和大直径硅片制作要求的标准工艺。热扩散的5个问题对先进的电路生成的限制：（1）横向扩散（2）超浅结（3）粗劣的掺杂控制（4）表面污染的阻碍（5）错位的产生。
亚0.25μm工艺的注入过程有两个主要目标：
（1）向硅片中引入均匀、可控制数量的特定杂质。
（2）把杂质放置在希望的深度。
4．离子注入工艺的主要优缺点。
答：优点：（1）精确控制杂质含量。
（2）很好的杂质均匀性。（扫描方法）
（3）对杂质穿透深度有很好的控制。（控制能量）
（4）产生单一离子束。（质量分离技术）
（5）低温工艺。（中等温度小于125℃，允许使用不同的光刻掩膜，包括光刻胶）
（6）注入的离子能穿过薄膜。
（7）无固溶度极限。
缺点：（1）高能杂质离子轰击硅原子将对晶体结构产生损伤。当高能离子进入晶体并与衬底原子碰撞时，能量发生转移，一些晶格上的硅原子被取代，这个反应被称为辐射损伤。大多数甚至所有的的晶体损伤都能用高温退火
进行修复。
（2）注入设备的复杂性。然而这一缺点被离子注入机对剂量和深度的控制能力及整体工艺的灵活性弥补
5．依照下图，对硅片制造厂的六个分区分别做一个简短的描述，要求写出分区的主要功能、主要设备以及显著特点。（1）扩散区。扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的区域。
主要设备：高温扩散炉：1200℃，能完成氧化、扩散、淀积、退火以及合金等多种工艺流程。湿法清洗设备。
（2）光刻。把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。
主要设备：涂胶/显影设备，步进光刻机。
（3）刻蚀。用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要材料，在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。
主要设备：等离子体刻蚀机，等离子去胶机，湿法清洗设备。
（4）离子注入。主要功能是掺杂。
主要设备：离子注入机、等离子去胶机、湿法清洗设备。
（5）薄膜生长。介质层和金属层的淀积。
主要设备：CVD工具、PVD工具、SOG（spin-on-glass）系统、RTP系统、湿法清洗设备。
（6）抛光。化学机械平坦化是一种表面全局平坦化技术，通过化学反应和机械磨擦去除硅片表面层，以使硅片表面平坦利于后续工艺的展开。
主要设备：抛光机，刷片机（wafer scrubber），清洗装置，测量装置。
工业硅工艺流程资料讲解
.1项目主要建设内容 主要建设内容为：建设生产厂房8000平方米，供水系统、环保系统等配套设施用房10000平方米，厂区道路及停车场等4800平方米，厂区绿化3400平方米。购置和制作生产所需的冶炼炉、精炼炉、除尘系统等生产设备326台（套），监测、化验及其他设备9台套。 1.2.2产品规模 年产高纯工业硅5万吨，其中：1101级高纯工业硅4万吨，3N级高纯工业硅6000吨， 4N 级高纯工业硅4000吨。 1.2.3生产方案 1、产品方案 目前，国内外工业硅市场1101级以下（不包括1101级）产品基本处于供大于求的状况，且短时期内不会有很大变化。结合全油焦生产工艺产品产出比例，本项目产品方案为：年产高纯工业硅5万吨，其中：1101级高纯工业硅4万吨，3N级高纯工业硅6000吨， 4N级高纯工业硅4000吨。 2、技术方案 1）国内外现状和技术发展趋势 冶金级工业硅由于生产技术简单，全世界生产企业众多，产量较大，供需基本保持平衡，且耗能高、附加值低，属国家限制类行业。目前国外有工业硅生产厂家30多家，主要集中在美国、巴西和挪威三国，占世界生产能力的65%，最大生产厂家主要有挪威的埃肯、巴西的莱阿沙、美国的全球冶金，电炉变压器容量大多在10000KVA—60000KVA，通用炉型为3000 0KVA，小于10000KVA的电炉基本停用。其发展趋势是矿热炉大容量化，由敞开式的固定炉体向旋转、封闭炉体发展，自焙电极的应用、炉气净化处理、新型还原剂的开发与应用、炉外精炼技术的发展和应用、生产过程中的计算机管理和控制。其特点是电炉容量大、劳动生产率高、单位产品投资少、有利于机械化、自动化生产和控制环境污染。我国工业硅生产起步于上世纪的50年代，目前仍在生产的厂家约有300多家，电炉400多台，产能约为90—120万吨/年，产量约为70—90万吨。且大部分分布在福建和云、贵、川等小水电资源丰富的地区，受季节性影响较大。其突出特点是电炉容量小、台数多，厂家多而分散，操作机械化水平低、劳动生产率低，产品质量不稳，化学级工业硅产量低（不到产量的1/8），且能源消耗、原材料消耗和生产成本偏高（行业内称为“三高”）。从电炉变压器容量看，我国以3200Kva至6300kVA的电炉为主要炉型，2006年国内已建成的10000kVA工业硅电炉仅有
集成电路工艺原理(考试题目与答案_广工版)
1、将硅单晶棒制成硅片的过程包括哪些工艺？ 答：包括：切断、滚磨、定晶向、切片、倒角、研磨、腐蚀、抛光、清洗、检验。 2、切片可决定晶片的哪四个参数/ 答：切片决定了硅片的四个重要参数：晶向、厚度、斜度、翘度和平行度。 3、硅单晶研磨清洗的重要性。 答：硅片清洗的重要性：硅片表面层原子因垂直切片方向的化学键被破坏成为悬挂键，形成表面附近的自由力场，极易吸附各种杂质，如颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子等，造成磨片后的硅片易发生变花发蓝发黑等现象，导致低击穿、管道击穿、光刻产生针孔，金属离子和原子易造成pn结软击穿，漏电流增加，严重影响器件性能与成品率 45、什么是低K材料？ 答：低K材料：介电常数比SiO2低的介质材料 46、与Al 布线相比，Cu 布线有何优点？ 答：铜作为互连材料，其抗电迁移性能比铝好，电阻率低，可以减小引线的宽度和厚度，从而减小分布电容。 4、硅片表面吸附杂质的存在状态有哪些？清洗顺序？ 答：被吸附杂质的存在状态：分子型、离子型、原子型 清洗顺序：去分子－去离子－去原子－去离子水冲洗－烘干、甩干 5、硅片研磨及清洗后为什么要进行化学腐蚀，腐蚀的方法有哪些？ 答：工序目的：去除表面因加工应力而形成的损伤层及污染 腐蚀方式：喷淋及浸泡 6、CMP（CMP-chemical mechanical polishing）包括哪些过程？ 答：包括：边缘抛光：分散应力，减少微裂纹，降低位错排与滑移线，降低因碰撞而产生碎片的机会。表面抛光：粗抛光，细抛光，精抛光 7、SiO2按结构特点分为哪些类型？热氧化生长的SiO2属于哪一类？ 答：二氧化硅按结构特点可将其分为结晶形跟非结晶形，热氧化生长的SiO2为非结晶态。 8、何谓掺杂？ 答：在一种材料(基质)中，掺入少量其他元素或化合物，以使材料(基质)产生特定的电学、磁学和光学性能，从而具有实际应用价值或特定用途的过程称为掺杂。 9、何谓桥键氧，非桥键氧？它们对SiO2密度有何影响？ 答：连接两个Si—O四面体的氧原子称桥联氧原子，只与一个四面体连接的氧原子称非桥联氧原子。桥联的氧原子数目越多，网络结合越紧密，反之则越疏松 10、氧化硅的主要作用有哪些？ 答：1、作为掩膜，2、作为芯片的钙化和保护膜，3、作为电隔离膜，4、作为元器件的组成部分。 11、SiO2中杂质有哪些类型？ 答：替代式杂质、间隙式杂质 12、热氧化工艺有哪些？ 答：有干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化 13、影响氧化速率的因素有？ 答：温度、气体分压、硅晶向、掺杂 14、影响热氧化层电性的电荷来源有哪些类型？降低这些电荷浓度的措施? 答：1）可动离子电荷（Qm）：加强工艺卫生方可以避免Na+沾污；也可采用掺氯氧化，固定Na+离子；高纯试剂 2）固定离子电荷Qf ：（1）采用干氧氧化方法（2）氧化后，高温惰性气体中退火
工业硅生产常识问答
1、硅的主要物理化学性质有哪些 答：硅的主要物理化学性质如下： 原子量：28.086 比重：2.34g/cm3 沸点：3427 C 熔点：1413 C 比热：（25 C时）4.89卡/克分子度 比电阻：（25 C时）214000欧姆厘米 纯净结晶硅是一种深灰色、不透明、有金属光泽的晶体物质。它即不是金属，又不是 非金属，介于两者之间的物质。它质硬而脆，是一种良好的半导体材料。硅在常温下很不活 泼，但在高温下很容易和氧、硫、氮、卤素金属化合成相应的硅化物。 硅与氧的化学亲合力很大，硅与氧作用产生大量的热，并形成SiO2： Si+ O2= SiO2 △ H298=-21O.2千克/克分子 二氧化硅在自然界中有两种存在形式：结晶态和无定形态。结晶态二氧化硅主要以简 单氧化物及复杂氧化物（硅酸盐）的形式存在于自然界。冶炼硅所用硅石，就是以简单氧化 物形式广泛存在的结晶态二氧化硅。结晶态二氧化硅根据其晶型不同，在自然界存在三种不同的形态：石英、鳞石英、方石英。这几种形态的二氧化硅又各有高温型和低温型两种变体。 因而结晶态二氧化硅实际上有六种不同的晶体，各种不同的晶型存在范围、转化情况，随压 力温度的变化二氧化硅的晶型转化不同，不仅晶型发生变化，而且晶体体积也随着自发生变 化。特别是从石英转化成鳞石英时，体积发生明显的膨胀，这就是硅石在冶炼过程中发生爆 裂的主要原因。 结晶的二氧化硅是一种硬、较脆，难熔的固体。二氧化硅的熔点为1713C 、沸点为2590C 。二氧化硅的化学性质很不活泼，是一种很稳定的氧化物。除氢氟酸外、二氧化硅不溶于任何 一种酸。在低温下比电阻很高（1.0 to3Q?Cm但温度升高时，二氧化硅的比电阻急剧下降,
工业硅冶炼操作工艺
工业硅冶炼操作工艺 西安宏信矿热炉有限公司
一、工业硅生产工艺流程图
二、工业硅生产安全管理制度 工业硅生产是铁合金生产中最为精细的一种产业，要求每个操作人员必须经过严格培训，掌握生产个环节的重点和工艺要素，作到心中有数。只有这样才能将生产管理规范化、精细化，生产出高品级的工业硅。 1、冶炼工技术操作职责 ?保证高温冶炼，尽量减少热损失，使SiC的形成和破坏保持相对平衡。 ?炉料混合均匀后加入炉内。 ?正常冶炼的操作程序是沉料—攒热料—加新料—焖扎盖。 ?要垂直于电极加料，不要切线加料。料落点距电极100mm左右，不允许抛散炉料。 ?炉料形状和分布要合理，集中加料后，使料面呈馒头形状，料面要高于炉口200—300mm。 ?每班接时要捣炉，捣出的黏料捣碎后推到炉心。 ?沉料、捣炉时动作要块，不要碰撞电极、铜瓦和水套。 ?根据炉料融化情况加料，尽量做到加料量、用料量和出硅量相适应。 ?保持合理的料层结构，捣松的炉料就地下沉，不要大翻炉膛。 ?使用铁质工具沉料、捣炉时，动作要块，避免融化铁铲和捣炉棒。 ⑴木块等碳质还原剂在加料平台上可单独堆放，沉料结束或处理炉况时先加木块于电极根部凹坑处，然后加混合料盖住。 ⑵ 仔细观察仪表，协调其他人员用计算机控制电极的压放，使三根电极平衡运行。 ⑶ 随时了解电炉电流、电压的变化情况，给予适当的调整。
2、出炉工技术操作职责 ①正常情况下，每班出3—4炉，尽量大流量、快出硅。 ②出炉前先将炉眼、流槽清理干净，准备好出炉工具和材料。 ③用烧穿器前，要先将钢钎清除炉嘴外的结渣硅，使炉眼保持φ150mm左右的喇叭口形状，然后用烧穿器烧开炉眼。能用钢钎捅开时不用烧穿器。 ④当流量小时，要用木棒捅炉眼、拉渣，用烧穿器协助出硅。 ⑤堵炉眼前炉眼四周和内部渣滓扒净，用烧穿器修理炉眼至通畅光滑，然后堵眼，深度超过或达到炉墙厚度。 ⑥堵眼时如果炉气压力过大无法堵塞，要停电堵眼。 ⑦出炉口和硅包附近要保持干燥，禁止积水，防止跑眼爆炸。 ⑧精练产品要按方案进行，不可随意改变供气量、精练时间、造渣剂的比例等。精练时注意安全，防止硅液飞溅、过大氧气回火等事故发生。 ⑨浇注前要修补好锭模，放好挡渣棒，锭模底部可适当放适量合格硅粒，或涂脱模剂，保护锭模。 ⑩浇注时，硅包倾倒至硅液快要流出时，稍停片刻，使硅渣稳定，再使硅液从包嘴慢慢流入缓冲槽。 ⑴工业硅锭冷却到乌红时，用专用吊具从锭模中吊出，转移到冷却间。严禁用水急冷。 3、电工技术操作职责 ①持证上岗，遵守供用电制度，要求与变电站和生产指挥紧密配合。 ②电工作到四会：会原理、会检修、会接线、会操作
(完整版)集成电路工艺原理期末试题
电子科技大学成都学院二零一零至二零一一学年第二学期 集成电路工艺原理课程考试题A卷（120分钟）一张A4纸开卷教师：邓小川 一二三四五六七八九十总分评卷教师 1、名词解释：(7分) 答：Moore law：芯片上所集成的晶体管的数目，每隔18个月翻一番。 特征尺寸：集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸。 Fabless：IC 设计公司，只设计不生产。 SOI：绝缘体上硅。 RTA：快速热退火。 微电子：微型电子电路。 IDM：集成器件制造商。 Chipless：既不生产也不设计芯片，设计IP内核，授权给半导体公司使用。 LOCOS：局部氧化工艺。 STI：浅槽隔离工艺。 2、现在国际上批量生产IC所用的最小线宽大致是多少，是何家企业生产？请 举出三个以上在这种工艺中所采用的新技术（与亚微米工艺相比）？(7分) 答：国际上批量生产IC所用的最小线宽是Intel公司的32nm。 在这种工艺中所采用的新技术有：铜互联；Low-K材料；金属栅；High-K材料；应变硅技术。 3、集成电路制造工艺中，主要有哪两种隔离工艺？目前的主流深亚微米隔离工 艺是哪种器件隔离工艺，为什么？(7分) 答：集成电路制造工艺中，主要有局部氧化工艺－LOCOS；浅槽隔离技术－STI两种隔离工艺。 主流深亚微米隔离工艺是：STI。STI与LOCOS工艺相比，具有以下优点：更有效的器件隔离；显著减小器件表面积；超强的闩锁保护能力；对沟道无 侵蚀；与CMP兼容。 4、在集成电路制造工艺中，轻掺杂漏（LDD）注入工艺是如何减少结和沟道区间的电场，从而防止热载流子的产生？(7分) 答：如果没有LDD形成，在晶体管正常工作时会在结和沟道区之间形成高
多晶硅生产工艺流程定稿版
多晶硅生产工艺流程 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
多晶硅生产工艺流程(简介) -------------------------来自于网络收集 多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括，三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化（有的采用氯氢化），精馏，还原，尾气回收，还有一些小的主项，制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。 主要反应包括：Si+HCl---SiHCl3+H2（三氯氢硅合成）;SiCl4+H2---SiHCl3+HCl（热氢化）;SiHCl3+H2---SiCl4+HCl+Si（还原）多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。改良西门子法是目前主流的生产方法，采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85％。但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等7家主要硅料厂商手中。这些公司的产品占全球多晶硅总产量的90%，它们形成的企业联盟实行技术封锁，严禁技术转让。短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。 西门子改良法生产工艺如下： 这种方法的优点是节能降耗显着、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。 （1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅， 其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑
《半导体集成电路》考试题目及参考答案
第一部分考试试题 第0章绪论 1.什么叫半导体集成电路？ 2.按照半导体集成电路的集成度来分，分为哪些类型，请同时写出它们对应的英文缩写？ 3.按照器件类型分，半导体集成电路分为哪几类？ 4.按电路功能或信号类型分，半导体集成电路分为哪几类？ 5.什么是特征尺寸？它对集成电路工艺有何影响？ 6.名词解释：集成度、wafer size、die size、摩尔定律？ 第1章集成电路的基本制造工艺 1.四层三结的结构的双极型晶体管中隐埋层的作用？ 2.在制作晶体管的时候，衬底材料电阻率的选取对器件有何影响？。 3.简单叙述一下pn结隔离的NPN晶体管的光刻步骤？ 4.简述硅栅p阱CMOS的光刻步骤？ 5.以p阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些不足？ 6.以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些优缺点？并请提出改进方法。 7. 请画出NPN晶体管的版图，并且标注各层掺杂区域类型。 8.请画出CMOS反相器的版图，并标注各层掺杂类型和输入输出端子。 第2章集成电路中的晶体管及其寄生效应 1.简述集成双极晶体管的有源寄生效应在其各工作区能否忽略？。 2.什么是集成双极晶体管的无源寄生效应？ 3. 什么是MOS晶体管的有源寄生效应？ 4. 什么是MOS晶体管的闩锁效应，其对晶体管有什么影响? 5. 消除“Latch-up”效应的方法？ 6.如何解决MOS器件的场区寄生MOSFET效应？ 7. 如何解决MOS器件中的寄生双极晶体管效应？ 第3章集成电路中的无源元件 1.双极性集成电路中最常用的电阻器和MOS集成电路中常用的电阻都有哪些？ 2.集成电路中常用的电容有哪些。 3. 为什么基区薄层电阻需要修正。 4. 为什么新的工艺中要用铜布线取代铝布线。 5. 运用基区扩散电阻，设计一个方块电阻200欧，阻值为1K的电阻，已知耗散功率为20W/c㎡,该电阻上的压降为5V,设计此电阻。 第4章TTL电路 1.名词解释
12500KVA工业硅矿热炉的设计
12500KVA工业硅矿热炉的设计
第五章工业硅冶炼能源节约技术的研究 5.1概述 能源安全已构成我国整体战略安全的一个极大隐患，成为经济社会发展的瓶颈。我国人均煤炭、石油、天然气资源量仅为世界平均水平的60％、10％和5％。目前，我国已成为世界第二大能源消费国和第二大石油消费国，能源供应紧张局面日趋严重[81]。 与此同时，我国也存在严重能源利用效率低的问题。近年来的快速增长在很大程度上是靠消耗大量物质资源实现的。我国单位产出的能耗和资源消耗水平明显高于国际先进水平，如火电供煤消耗高达22.5％，吨钢可比能耗高21％，水泥综合能耗高达45％。据测算，我国每创造一美元GDP所消耗的能源是美国的4.3倍，是日本的11.5倍。能源利用率仅为美国的26.9％，日本的11.5％[82]。因此，提高能源使用效率是在能源总量不变条件成为中国发展中的刻不容缓的任务。 工业硅生产是高能耗行业，平均每吨工业硅需要消耗13000KWh电以上，全国年产100万吨工业硅需要13亿KWh以上。而国外先进水平吨硅消耗量为11000KWh，我国工业硅电耗比国外先进水平高10—20%，能源节约潜力仍很大（预计年节约0.2亿KWh，相当0.1亿元）。另外，国外先进水平也不是最理想的能耗水平，我国如能在国外先进水平基础上再配以精工细作，吨硅消耗量应该在10000—11000KWh间。 我国工业硅生产能源消耗高主要是因为设计上不合理、控制水平与管理水平不高。设计上不合理体现在我国普遍使用的是6300KV A左右的小炉型（散热大、产量低）、炉型设计上为隔热措施不严密、电路设计不合理、极心圆尺寸大小不合理等许多细节方面。控制水平不高体现在人工操作范围大、炉况稳定性差、造成因调整炉况波动费时较长而使得非生产性能耗损失大。管理水平不高体现在管理上不严、制度不健全、操作细节缺乏，造成物资或能源上的消耗浪费。
晶体硅的生产过程
一、单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。 单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。 单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直径越大的圆片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~8英寸。区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品。目前晶体直径可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于集成电路领域。 由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）单晶硅材料应用最广。在IC工业中所用的材料主要是CZ抛光片和外延片。存储器电路通常使用CZ抛光片，因成本较低。逻辑电路一般使用价格较高的外延片，因其在IC制造中有更好的适用性并具有消除Latch－up的能力。 单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域，当今全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中95%以上的半导体器件及99%以上的集成电路用硅。 二、硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。 日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为2.5、3、4、5英寸硅锭和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。 目前，全世界单晶硅的产能为1万吨/年，年消耗量约为6000吨～7000吨。未来几年中，
集成电路工艺考试题
一、名词解释 （1）化学气相沉积：化学气体或蒸气和晶圆表面的固体产生反应，在表面上以薄膜形式产 生固态的副产品，其它的副产品是挥发性的会从表面离开。 （ 2）物理气相沉积：“物理气相沉积” 通常指满意下面三个步骤的一类薄膜生长技术: a.所生长的材料以物理的方式由固体转化为气体 ; b.生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬 底 ;c.蒸汽在衬底表面上凝聚，形成薄膜 (3)溅射镀膜：溅射镀膜是利用电场对辉光放电过程中产生出来的带电离子进行加速，使其 获得一定的动能后，轰击靶电极，将靶电极的原子溅射出来，沉积到衬底形成薄膜的方法。 （衬(4) 蒸发镀膜：加热蒸发源，使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸汽流并入射到硅片底） 表面，凝结形成固态薄膜。 (5)替位式扩散：占据晶格位置的外来原子称为替位杂质。只有当替位杂质的近邻晶格上出 现空位，替位杂质才能比较轻易地运动到近邻空位上 (6)间隙式扩散：间隙式扩散指间隙式杂质从一个间隙位置运动到相邻的间隙位置。 (7)有限表面源扩散：扩散开始时，表面放入一定量的杂质源，而在以后的扩散过程中不再 有杂质加入，此种扩散称为有限源扩散。 (8)恒定表面源扩散：在整个扩散过程中，杂质不断进入硅中，而表面杂质浓度始终保持不 变。 (9)横向扩散：由于光刻胶无法承受高温过程，扩散的掩膜都是二氧化硅或氮化硅。当原子 扩散进入硅片，它们向各个方向运动：向硅的内部，横向和重新离开硅片。假如杂质原子沿 硅片表面方向迁移，就发生了横向扩散。 (10)保形覆盖：保形覆盖是指无论衬底表面有什么样的倾斜图形在所有图形的上面都能沉积 有相同厚度的薄膜。 二、简述题 1、简述两步扩散的含义与目的。 答：为了同时满足对表面浓度、杂质总量以及结深等的要求，实际生产中常采用两步扩散工艺：第一步称为预扩散或预淀积，在较低的温度下，采用恒定表面源扩散方式在硅片表面扩 散一层杂质原子，其分布为余误差涵数，目的在于控制扩散杂质总量；第二步称为主扩散或 再分布，将表面已沉积杂质的硅片在较高温度下扩散，以控制扩散深度和表面浓度，主扩散的同时也往往进行氧化。 2、扩散掺杂与离子注入掺杂所形成的杂质浓度分布各自的特点是什么？与扩散掺杂相比离 子注入掺杂的优势与缺点各是什么? 答：扩散杂质所形成的浓度分布：杂质掺杂主要是由高温的扩散方式来完成，杂质原子通过气相源或掺杂过的氧化物扩散或淀积到硅晶片的表面，这些杂质浓度将从表面到体内单 调下降，而杂质分布主要是由温度与扩散时间来决定。离子注入杂质所形成的浓度分布：掺杂离子以离子束的形式注入半导体内，杂质浓度在半导体内有个峰值分布，杂质分布主要由离子质量和注入能量决定。 (1).离子注入掺杂的优势:相对于扩散工艺，离子注入的主要好处在于能更正确地控制掺 杂原子数目、掺杂深度、横向扩散效应小和较低的工艺温度，较低的温度适合对化合物半导 体进行掺杂，因为高温下化合物的组分可能发生变化，另外，较低的温度也使得二氧化硅、 氮化硅、铝、光刻胶、多晶硅等都可以用作选择掺杂的掩蔽膜，热扩散方法的掩膜必须是耐 高温材料。 (2)离子注入掺杂的缺点 :主要副作用是离子碰撞引起的半导体晶格断裂或损伤。因此，后 续的退化处理用来去除这些损伤。 3、简述离子注入工艺中退火的主要作用。 答：由于离子注入所造成的损伤区及畸形团，增加了散射中心及陷阱能级，使迁移率和寿命等半导体参数下降。此外，大部分的离子在被注入时并不位于替位位置，未退火之前的注入区域将呈显高阻区。为（１）激活被注入的离子（使其变成替位杂质）；（２）恢复有序的晶
工业硅冶炼及炼硅炉基本知识
工业硅冶炼及炼硅炉基本知识 工业硅消费增产降耗的措施主要有:1.把握炉况及时调整料比，坚持适合的C/SiO2分子比，适合的物料粒度和混匀，避免过多SiC生成。2.选择合理的炉子构造参数和电气参数，保证反响区有足够高的温度，合成消费的碳化硅使反响向有力消费硅的方向。3.及时捣炼硅炉，协助沉料，防止炉内过热，形成硅的挥发，或再氧化成SiO，减少炉料损失，进步Si回收率。4.坚持料层具有良好的透气性，可及时排出反响消费的气体，减少热损失和SiO大量逸出。 一、消费工业硅的原料 冶炼工业硅的原料主要有硅石、碳素复原剂。 (一)硅石硅石要有一定的抗爆性和热稳定性，其中抗爆性对大炉子很重要，对容量小的炉子请求可略为降低。有些硅石很致密，难复原，形成冶炼情况不顺，经济指标差，很少采用。 硅石的粒度视炉子容量的大小不同而异，普通5000KVA以上的炉子，硅石粒度为50-100毫米，且40-60毫米的粒度要占50%以上。 硅石要清洁无杂质，破碎筛分后，要用水冲洗，除掉碎石和泥土。目前对新采用的硅石在化学成分、破碎合格以后，还要在消费中试用。经济指标较好，才干长期运用。 (二)碳质复原剂优选各种不同碳质复原剂，请求固定碳高，灰分低，化学生动性要好，采用多种复原剂搭配运用，以到达最佳冶炼效果。冶炼工业硅所用的碳质复原剂有:石油焦、沥青焦、木炭、木块(木屑)低灰分褐煤，半焦和低灰、低硫烟煤等。
石油焦:其特性是固定碳高，灰分低，价钱低廉，并且能使料面烧结好，但高温比电阻低，影响电极下插，反响才能差。要选择固定碳大于82%，灰分小于0.5%、水份稳定，动摇不许超越1%，以免影响复原剂配入量。粒度请求4-10毫米，粒度配合比例要适宜。粉料多烧损大，下部易缺碳，透气性不好；粒度大数量多比电阻小，电极易上抬。 木块(或木屑):其性质接近木炭，在炉内干馏后，在料下层构成比木炭孔隙度、化学生动性更好的木炭。所运用的木块(或木屑)要清洁无杂物，不许代入泥土等杂质。木块长度不得超越100毫米。 褐煤、烟煤：有比电阻、挥发份高，孔隙度大，化学生动性好，料面烧结性强，价钱低廉的特性。挥发份在料层中挥发利于料面烧结和闷烧，而且能够构成疏松的比外表积大，比电阻极大的焦化碳，对冶炼很有利。请求灰分小于4%，粒度小于25毫米，否则不能运用。褐煤性质接近木炭，可作木炭的代用品。 碳素复原剂品种不同，即便同种但产地不同性质也不相同。可搭配运用，求得更好的经济效益。如运用石油焦60-80%，木炭(或加局部木块)20%；石油焦60-70%，木炭(或木块)20-40%，烟煤5-10%搭配运用，效果比拟好。国外采用石英与复原剂职称团块炉料，先焙烧停止复原，再冶炼工业硅，使电耗降低到9000Kwh/t以下。 二、冶炼原理 在工业硅的消费中，普通以为硅被复原、炼硅炉中的反响式为 SiO2液+2C=Si液+2CO T始1933K(1) 实践消费中硅的复原是比拟复杂的，从冷态下炉内状况动身，对实践消费中炉内物化反响停止讨论。消费过程中的运转表示大致如下：
工业硅技术问答.
工业硅技术问答 1．什么是硅和工业硅？ 元素硅(Si)原来称为矽，工业硅（也称金属硅或结晶硅）是指以含氧化硅的矿物和碳质还原剂等为原料经矿热炉熔炼制得的含Si97％以上的产物。“工业硅”之称是我国于1981年GB2881-81国家标准公布时正式定名，其含意主要是指这种硅之纯度是接近于99%的工业纯度，英文称为金属硅，俄文称为结晶硅。现在人工制得硅的纯度，实际上已达到99999999999％。 2.硅和工业硅有那些特性？ ①硅的主要物理性质为:密度(25℃)2．329g／cm3(纯度99．9％)，熔点1413℃，沸点3145℃，平均比热(0～100℃)为729J ／(kg·K)，熔化热为50.66kJ／mol，纯度为99．41%的硅抗压强度极限为9．43kgf／cm2。 ②硅的化学性质：硅在元素周期表中属ⅣA族，原子序数为14，原子量为28．0855，化合价表现为四价或二价(四价化合物为稳定型)。因晶体硅的每个硅原子与另外四个硅原子形成共价键，其Si-Si键长2．35A，成为正四面体型结构，与金刚石结构相近，所以硅的硬度大，熔点、沸点高。 硅不溶于任何浓度的酸中，但能溶于硝酸与氢氟酸的混合液中，与1：l浓度的混合稀酸发生如下反应： Si+4HF+4HNO3=SiF4↑+4NO2↑+4H2O 3Si+12HF+4HNO3=3SiF4↑+4NO2↑+8H2O 这个特性可用于硅的化学分析中，即先将试样硅中的硅以氟化物形式挥发，而分析硅中残留的铁、铝、钙元素。 硅能与碱反应，生成硅酸盐，同时放出氢气，如： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ 这是野外制氢的好办法。
工业硅
我国工业硅产业如何改变无序状况 一、业内有关人士提出以产业升级为主要途径 1、工业硅生产从无到有，经过50多年的发展，我国现已成为产能、产量和出口量均居世界首位的工业硅生产大国。但多年来中国工业硅生产和出口基本处于盲目发展和无序竞争状态，企业生产和产品出口的效益欠佳。业内人士认为，在国家不断加强和改善宏观调控的情况下，工业硅应逐步实现产业升级，改变这种无序的状态。 2、工业硅产业发展现状 中国的工业硅生产始于1957年。上世纪50年代末到70年代末，工业硅生产主要是国内自产自用。1980年，工业硅开始出口，90年代末年出口量达到20万吨以上，2007年出口量增加到近70万吨。现在我国工业硅的产能产量和出口量已均居世界首位，出口的国家和地区数近60个，年出口量已相当于发达国家总消费量的一半以上。 虽然我国是世界工业硅生产大国和出口大国，却不是工业硅出口强国。多年来，工业硅生产和出口的效益一直欠佳。上世纪90年初以来，工业硅出口的价格经常比国际市场正常价低20％～30％。2007年下半年以来，特别是2008年初以来，我国工业硅出口价格有相当幅度的提高。2007年我国工业硅出口全年的平均离岸价是1381美元／吨，今年1月至5月的平均离岸价上涨到2001美元／吨。但与此同时，国际市场工业硅价格也在迅速上涨，同期美国和欧盟的工业硅现货价也从2200美元／吨左右上涨到3500美元／吨左右。 二、盲目扩张导致困局 我国工业硅出口长期价格偏低的原因，除美国、欧盟等长期对我国工业硅出口实行反倾销之外，也与我国工业硅项目的盲目扩张，低水平重复建设和相互压价的无序竞争有关。 2004年以来，在国家不断加强宏观调控下，工业硅项目低水平重复建设的势头受到一定遏制，落后生产能力开始被淘汰，节能环保意识有所增强。但在取得这些初步成效的同时，长期盲目扩张积累的问题仍很突出，整个硅业要真正遏制盲目扩张的势头，消除无序竞争，还有很多工作要做。 进入2008年以来，国家从1月1日起对出口工业硅开征10％的出口关税，年初南方地区遭遇的罕见低温雨雪冰冻灾害和5月汶川特大地震灾害，使这些地区相当数量的工业硅企业遭受不同程度的破坏，生产和贸易均受到影响。 业内人士认为，工业硅产业长期的低水平重复建设和无序竞争，不
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。它已经成为满足亚0.25μm 特征尺寸和大直径硅片制作要求的标准工艺。热扩散的5个问题对先进的电路生成的限制：（1）横向扩散（2）超浅结（3）粗劣的掺杂控制（4）表面污染的阻碍（5）错位的产生。 亚0.25μm 工艺的注入过程有两个主要目标： （1）向硅片中引入均匀、可控制数量的特定杂质。 （2）把杂质放置在希望的深度。 7.离子注入工艺的主要优缺点。（15分） 答：优点：（1）精确控制杂质含量。 （2）很好的杂质均匀性。（扫描方法） （3）对杂质穿透深度有很好的控制。（控制能量） （4）产生单一离子束。（质量分离技术） （5）低温工艺。（中等温度小于125℃，允许使用不同的光刻掩膜，包括光刻胶） （6）注入的离子能穿过薄膜。 （7）无固溶度极限。 缺点：（1）高能杂质离子轰击硅原子将对晶体结构产生损伤。当高能离子进入晶体并与衬底原子碰撞时，能量发生转移，一些晶格上的硅原子被取代，这个反应被称为辐射损伤。大多数甚至所有的的晶体损伤都能用高温退火进行修复。 （2）注入设备的复杂性。然而这一缺点被离子注入机对剂 量和深度的控制能力及整体工艺的灵活性弥补 7． 依照下图，对硅片制造厂的六个分区分别做一个简 短的描述，要求写出分区的主要功能、主要设备以及显著特 点。（15分） （1） (1)扩散区。扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的 区域。 主要设备：高温扩散炉：1200℃，能完成氧化、扩散、淀积、 退火以及合金等多种工艺流程。湿法清洗设备 。 （2） (2)光刻。把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注 入的硅片上。 主要设备：涂胶/显影设备，步进光刻机。 （3） (3)刻蚀。用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需 要材料，在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。 主要设备：等离子体刻蚀机，等离子去胶机，湿法清洗设备 。 (4)离子注入。主要功能是掺杂。 主要设备：离子注入机、等离子去胶机、湿法清洗设备 。
工业硅矿热炉的设计说明
工业硅冶炼能源节约技术的研究 5.1概述 能源安全已构成我国整体战略安全的一个极大隐患，成为经济社会发展的瓶颈。我国人均煤炭、石油、天然气资源量仅为世界平均水平的60％、10％和5％。目前，我国已成为世界第二大能源消费国和第二大石油消费国，能源供应紧张局面日趋严重[81]。 与此同时，我国也存在严重能源利用效率低的问题。近年来的快速增长在很大程度上是靠消耗大量物质资源实现的。我国单位产出的能耗和资源消耗水平明显高于国际先进水平，如火电供煤消耗高达22.5％，吨钢可比能耗高21％，水泥综合能耗高达45％。据测算，我国每创造一美元GDP所消耗的能源是美国的4.3倍，是日本的11.5倍。能源利用率仅为美国的26.9％，日本的11.5％[82]。因此，提高能源使用效率是在能源总量不变条件成为中国发展中的刻不容缓的任务。 工业硅生产是高能耗行业，平均每吨工业硅需要消耗13000KWh电以上，全国年产100万吨工业硅需要13亿KWh以上。而国外先进水平吨硅消耗量为11000KWh，我国工业硅电耗比国外先进水平高10—20%，能源节约潜力仍很大（预计年节约0.2亿KWh，相当0.1亿元）。另外，国外先进水平也不是最理想的能耗水平，我国如能在国外先进水平基础上再配以精工细作，吨硅消耗量应该在10000—11000KWh间。 我国工业硅生产能源消耗高主要是因为设计上不合理、控制水平与管理水平不高。设计上不合理体现在我国普遍使用的是6300KVA左右的小炉型（散热
大、产量低）、炉型设计上为隔热措施不严密、电路设计不合理、极心圆尺寸大小不合理等许多细节方面。控制水平不高体现在人工操作范围大、炉况稳定性差、造成因调整炉况波动费时较长而使得非生产性能耗损失大。管理水平不高体现在管理上不严、制度不健全、操作细节缺乏，造成物资或能源上的消耗浪费。 目前工业硅生产中能源节约途径主要有：1）炉型的大型化方向；2）炉型的密闭化方向；3）余热利用化方向；4）提高炉子电效率措施如改进短网结构设计、改善变压器性能、改善电参数、采用低频电源等；5）提高炉子热效率；6） 改变炉内反应机制；7）改变原料性能方向；8）采用自动控制方向；9）管理制度建设方向。由于上述诸多途径尚处于讨论阶段，形成固定技术并推广者仅有短网改进、管理制度建设上，许多技术细节缺乏，因此真正意义上可以直接使用的工业硅生产中能源节约技术还需要研究与试验。 经过多年的摸索探讨，目前我国工业硅电弧炉的电效率平均在92%以上，各种提高电效率的技术或措施也比较成熟如改进短网结构设计、使用优质导电材质、采用低压补偿技术、改善电参数等方面。但是，我国工业硅电弧炉的热效率普遍比较低，这是导致我国工业硅生产能耗高、能源利用效率低的主要原因，表5-1是我国某厂6300KVA电弧炉的热平衡分析表[21]。 表5-1 我国某厂6300KVA电弧炉的热平衡分析