2015微电子工艺学模拟练习(一)

四、计算题（每小题 10 分） 1. 从含有 1015cm-3 的硼和 2× 1014cm-3 的磷的硅熔融液中提拉制备单晶硅。起初拉出来的硅 晶体是 p 型。但随着不断提拉，由于分凝，熔融液中的磷越来越多。到某一点时，硅晶 体将会变成 n 型。假定硼和磷的分凝系数分别为 0.32 和 0.8，计算硅晶体沿提拉方向由 p 型变成 n 型时，凝结了多少硅晶体？ 2. 有一硅样品在温度为 1200C 下进行干氧氧化 1 小时，产生的氧化层厚度是多少？初始 氧化层厚度为 1000 Å， 假设氧化过程处于抛物线氧化阶段， 干氧气氛为 10% 氧气和 90% 氩气的混合气体。干氧氧化之后，在温度为 1200C 下再进行湿氧氧化生成 0.1m 的氧 化层需要增加多长时间？（已知 1200C 下干氧氧化速率常数 A＝0.04m，B＝0.045 m2/h，＝0.027 h；1200C 下湿氧氧化速率常数 A＝0.05 m，B＝0.72 m2/h） 3. 一次 p 型硼掺杂工艺如下：预沉积 30min，900º C，固溶度为 1.2× 1020cm-3；再分布扩散 60min，1000º C。(1) 求淀积剂量是多少？ (2) 如果衬底掺了 1015cm-3 的磷，结深 xj 是多 少？(3) 扩散层的薄层电阻是多少？ 4. 最初只知道一个特殊的硅器件是用离子注入方法制备的，后经过测量得知：表面杂质浓 度为 4× 1013cm-3，峰值在 1800Å 深处，峰值浓度为 5× 1017cm-3。假定离子注入是对称高 斯分布，请估计出它的注入剂量是多少？
8. 接触和接近式曝光系统工作于近场 Fresnel 衍射区域，掩膜版与光刻胶之间没有透镜， 间隙大小为零。投影式曝光系统工作于远场 Fraunhofer 衍射区域，像平面远离孔径，中 间设置镜头捕捉和聚焦影像。 （ ）
9. 由于硅片平整度误差、调焦误差、光刻胶厚度不均匀及视场弯曲等原因，为了把掩模版 上的图形完美转移到光刻胶上，要求曝光系统具有足够的聚焦深度，特别是对于大直径 晶片的生产。 通常聚焦深度越大， 越适合量产。 （ ）
二、多项选择题（每小题全部选对得 1 分，选对但不全的得 0.5 分，有选错的得 0 分） 1. 高度用来衡量大山之高，深度用来衡量海水之深，面积用来衡量天地之阔，集成电路的 规模和制造工艺水平用什么来衡量？（ ） A、集成度；B、速度；C、可靠性；D、技术节点。 2. MOS 器件之间是自隔离的（self-isolated） ，可大大提高集成度。但当绝缘层上的金属引 线经过两个 MOSFET 之间的区域时，会形成寄生场效应晶体管。因此，MOS IC 中隔离 的主要目的是防止寄生的导电沟道，即防止场区寄生场效应晶体管开启，可以采取的方 法有（ ） 。 A、增加场氧化层厚度；B、场区掺杂；C、浅槽隔离；D、深槽隔离。 3. 采用 CZ 法制备硅单晶时，往往将一定数量的杂质原子加入多晶硅熔融液中，以获得所 需的掺杂浓度。假设某种杂质的有效分凝系数 ke
3. 采用区熔法进行硅单晶生长时，利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其 沿锭长从一端缓慢地移动到另一端，重复多次使杂质被集中在尾部或头部，使中部材料 被提纯。 区熔法一次提纯的效果比直拉法好， 可以制备更高纯度的单晶。 （ ）
4. 缺陷的存在对微电子器件利弊各半：在有源区不希望有二维和三维缺陷，而在非有源区 的缺陷能够吸引杂质聚集， 使邻近有源区内杂质减少， 是有好处的。 5. 减小芯片面积， 是提高芯片制造成品率的有效方法之一。 （ ） （ ）
E2 是与 B 和 B/A 表示的物理过程相关的激活能，C1 和 C2 为指数前置项常数，它们在不 同氧化气氛下的值如下表所示。很容易发现，E1 随氧化气氛不同而不同，E2 在不同氧化 气氛下几乎保持不变，为什么？
7. 简述恒定源扩散和有限元扩散的定义及其杂质分布的不同特点，在实际生产中如何进行 两步扩散？ 8. 什么是注氧隔离（SIMOX Separation by Implanted Oxygen）？其工艺过程主要包括哪 些步骤？
16. 采用有限源（limited Source）扩散方法进行掺杂时，在杂质分布形式相同的情况下， 衬底本征杂质浓度越大， 结深越深。 （ ）
17. 当掺杂浓度较高时，磷在硅中的扩散系数增大，约比本征扩散系数大两个数量级，可用 于形成深结，如 CMOS 的 n 阱。 （ ）
18. Ⅲ、Ⅴ族元素在硅中的扩散运动是建立在杂质与空位相互作用的基础上的，掺入的施主 或受主杂质诱导出了大量荷电态空位， 从而减小了扩散系数。 （ ）
D、当表面浓度较低时，意味着该分布是经过长时间的推进过程，是高斯分布。 10. 在离子注入中，如果注入离子的能量比较低（但大于离子注入阈值） ，则离子能量损失 的机制主要为（ ） 。
A、核阻挡；B、电子阻挡；C、离子和电子复合；D、离子被衬底表面反射。
三、简答题（每小题 5 分） 1. 以一个简单的 CMOS 场效应管为例，简述其制备工艺流程，包括涉及的主要单项工艺。 2. DRAM 半间距的定义是什么？在半导体技术发展路线图 （ITRS） 中， 为什么选择 DRAM 半间距而不是栅极长度来识别技术节点？ 3. 采用 CZ 法进行硅单晶生长时，往往将一定数量的杂质加入多晶硅熔融液中，以获得所 需的掺杂浓度，但杂质浓度在单晶棒的纵向和径向均可能存在不均匀性。试简述其产生 的原因及可采取的解决办法。 4. 采用霍尔效应测量，可以确定半导体材料的掺杂类型、多数载流子浓度及其迁移率。试 简述其测量原理。 5. 现代投影式光学曝光系统，大多采用分布投影式曝光或分布扫描投影式曝光，而不是传 统的扫描投影式曝光，为什么？ 6. 除 Deal-Grove（D-G）模型外，实验发现线性速率常数 B/A 和抛物线速率常数 B 也可以 用 Arrhenius 表达式很好地描述： ， ，其中 E1 和
12. 砷化镓高温氧化一般会导致薄膜不能按合理的化学计量比生成，电绝缘作用和对半导体 表面的保护作用较差， 因此在砷化镓工艺中很少用其氧化物。 （ ）
13. 通常把二氧化硅薄膜的折射率与 1.46 的偏离及其在 HF 缓冲溶液中的腐蚀速率，作为衡
量二氧化硅薄膜质量的指标。质量较好的二氧化硅薄膜，其折射率接近 1.46，HF 腐蚀 速率较大。 （ ）
6. 如果某超净环境中，每立方米空气含粒径大于等于 0.1m 的粒子 10000 个，则该超净室 的空气洁净度相当于 ISO 标准的 5 级。 （ ）
7. 对比度是光刻胶区分掩模版亮区与暗区能力的度量。通常情况下，光刻胶的对比度并不 是一个常数， 在很大程度上取决于曝光后图形的倾角和线宽。 （ ）
2014-2015 微电子工艺学练习（一）
一、判断题（每小题 0.5 分） 1. 现代硅基 CMOS 集成电路大多是采用（100）晶向的硅片作为衬底材料的，主要原因在 于 （100） 晶向的硅片表面键密度大、 缺陷少， Si-SiO2 界面特性较好。 （ ）
2. MOS 器件中的轻掺杂漏（LDD，Lightly Doped Drain）结构提供了一个从沟道到重掺杂 源漏区的过渡，从而降低漏端电场，消除热载流子效应。同时，通过减小源漏结面向沟 道区的结面积， 抑制短沟效应。 （ ）
14. 无论对于 PMOS 还是 NMOS 器件，要得到良好受控的阈值电压，需要控制氧化层厚度、 沟道中掺杂浓度、 金属半导体功函数以及氧化层电荷。 （ ）
15. 离子束曝光是利用离子束直接在衬底片上描画图形或转印图形的曝光技术。由于离子的 质量远远大于电子，在相同的加速电压下，离子具有更短的波长；此外，离子束在感光 胶内的散射及其作用范围很小， 邻近效应可以忽略不计。 （ ）
k0 （ b：附面层厚度； k0 (1 k0 )eVb/ D
V：拉晶速率； D：杂质扩散系数） ，要使晶体掺杂分布均匀，可通过（
）实现。
A、较高拉晶速率和较高熔炉旋转速率；B、较低拉晶速率和较高熔炉旋转速率；
C、较高拉晶速率和较低熔炉旋转速率；D、较低拉晶速率和较低熔炉旋转速率。 4. 与非本征吸杂相比，本征吸杂的优点是（ A、易控制，范围大，热稳定性好； B、更靠近有源区，吸杂效率高； C、经器件制作过程中的一些高温处理步骤，吸杂自动完成； D、工艺流程开始阶段，以热循环过程实现。 5. 与普通的硅单晶衬底相比，SOI 衬底有许多独特的优点，包括（ ） 。 A、使电路具有更低功耗和更高速度； B、提高器件抗辐射能力； C、抑制 CMOS 电路的闩锁效应； D、工艺简单，且能排除某些在体硅 CMOS 工艺中存在的危害成品率的因素。 6. 在 Au、Pt 等深能级金属元素的吸杂处理过程中，首先要使它们由替位式杂质转变为间 隙式杂质，增加其扩散速度。通常采取的方法包括高浓度磷扩散、离子注入损伤以及使 硅内部氧化形成 SiO2，目的都是（ ） 。 A、提高硅间隙原子浓度； B、提高空位浓度； C、降低硅间隙原子浓度； B、降低空位浓度。 7. 接触和接近式曝光系统工作于近场 Fresnel 衍射区域。由于衍射效应，光线“弯折”离 开孔径边缘，造成孔径边缘之外的某些光刻胶曝光，同时孔径区域内光强分布呈现“波 纹” 。为了减小衍射效应的影响，接触和接近式曝光系统通常采用（ ） 。 A、相干光源，单波长曝光； C、非相干光源，单波长曝光； A、反应速率控制，线性氧化阶段； C、反应速率控制，抛物线氧化阶段； B、非相干光源，单波长曝光； D、非相干光源，多波长曝光； ）。 B、扩散控制，线性氧化阶段； D、扩散控制，抛物线氧化阶段。 ） 。
10. 用于图形转移的剥离（lift-off）工艺是由光刻工艺中的去胶派生而来，具有较高的分辨 率， 广泛用于分立器件制造， 但通常要求薄膜厚度大于光刻胶厚度。 （ ）
11. 光刻胶与显影液之间相互反应的特性在很大程度上决定了光刻胶的形状，控制了线宽的 大小。此外，显影后留下的光刻胶图形将在后续的刻蚀和离子注入工艺中作为掩模，因 此显影可以说是光刻工艺中最关键的步骤之一。 （ ）
19. 离子注入深度随入射离子能量的增加而增，因此掺杂深度可通过控制离子束的能量高 低来实现。 对于突变型杂质分布、 浅结的制备， 采用离子注入技术很容易实现。 （ ）
20. 注入离子引起的晶格损伤有可能使晶体结构完全破坏变为无序的非晶区。形成非晶区不 但与离子注入的剂量有关， 而且与注入离子的质量有密切关系。 （ ）
8. 在低温氧化或热氧化过程的初始阶段，二氧化硅的生长速率是（
9. 当杂质掺杂浓度较低时，假设扩散系数与掺杂浓度和位置无关，我们可以在两种不同的 边界条件和初始条件（分别称为恒定源或有限源条件）下对费克（Fick）第二定律求分 析解，得到杂质的余误差函数分布和高斯函数分布。在进行扩散层的设计和估算时，通 常可以根据对杂质表面浓度的要求不同，确定应该采用哪一种函数分布形式： （ A、当表面浓度为固溶度时，意味着该分布是余误差分布； B、当表面浓度较低时，意味着该分布是经过长时间的推进过程，是余误差分布； C、当表面浓度为固溶度时，意味着该分布是高斯分布； ）