集成电路工艺原理(考试题目与答案

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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3）界面陷阱电荷 Qit 在金属化后退火（ PMA ）；低温、惰性气体退火可降低4）氧化层陷阱电荷 Qot选择适当的氧化工艺条件；在惰性气体中进行低温退火；采用对辐照不灵敏的钝化层可降低15、为何热氧化时要控制钠离子含量降低钠离子污染的措施有哪些答因为氧化层中如含有高浓度的钠，则线性和抛物型氧化速率常数明显变大。措施有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。16、热氧化常见的缺陷有答表面缺陷、结构缺陷、氧化层中的电荷17、氧化膜厚度的测定方法答双光干涉法、比色法18、热扩散机制有哪些答替位式扩散、填隙式扩散、填隙替位式扩散19、扩散源有哪些存在形态答扩散源有气态、液态、固态三种有存在形式。20、与扩散源相比，离子注入有哪些优点答 1.可在较低的温度下 ,将各种杂质掺入到不同的半导体中 ; 2.能够精确控制晶圆片内杂质的浓度分布和注入的深度 ; 3.可实现大面积均匀性掺杂 ,而且重复性好 ; 4.掺入杂质纯度高 ; 5.由于注入粒子的直射性 ,杂质的横向扩散小 ; 6.可得到理想的杂质分布 ;7.工艺条件容易控制 .21、什么是沟道效应如何降低沟道效应答对晶体靶进行离子注入时，当离子注入的方向与靶晶体的某个晶向平行时，其运动轨迹将不再是无规则的，而是将沿沟道运动并且很少受到原子核的碰撞，因此来自靶原子的阻止作用要小得多，而且沟道中的电子密度很低，受到的电子阻止也很小，这些离子的能量损失率就很低。在其他条件相同的情况下，很难控制注入离子的浓度分布，注入深度大于在无定形靶中的深度并使注入离子的分布产生一个很长的拖尾，注入纵向分布峰值与高斯分布不同，这种现象称为离子注入的沟道效应。减少沟道效应的措施（ 1）对大的离子，沿沟道轴向 110偏离 7－ 10o；（ 2）用 Si， Ge， F，Ar 等离子注入使表面预非晶化，形成非晶层（ 3）增加注入剂量；（ 4）表面用 SiO2 层掩膜。22、什么是离子注入损伤有哪些损伤类型答离子注入损伤，是指获得很大动能的离子直接进入半导体中造成的一些晶格缺陷。损伤类型空位、间隙原子、间隙杂质原子、替位杂质原子等缺陷和衬底晶体结构损伤。23、离子注入后为何退火其作用是什么答因为大部分注入的离子并不是以替位形式处在晶格点阵位置上，而是处于间隙位置，无电活性，一般不能提供导电性能，所以离子注入后要退火。其作用是激活注入的离子，恢复迁移率及其他材料参数。24、离子注入主要部件有哪些答有离子源、磁分析器、加速器、扫描器、偏束板和靶室。25、离子注入工艺需要控制的工艺参数及设备参数有哪些答工艺参数杂质种类、杂质注入浓度、杂质注入深度设备参数弧光反应室的工作电压与电流、热灯丝电流、离子分离装置的分离电压及电流、质量分析器的磁场强度、加速器的加速电压、扫描方式及次数26、何为分辨率、对比度、 IC 制造对光刻技术有何要求答分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力对比度是评价成像图形质量的重要指标要求分辨率越来越高、焦深越来越大、对比度越来越高、特征线宽越来越小、套刻精度越来越高27、光刻工艺包括哪些工艺答底膜处理、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀、去胶、检验28、影响显影的主要因素答曝光时间、前烘的温度和时间、光刻胶的膜厚、显影液的浓度、显影液的温度、显影液的搅动情况29、显影为何要进行检查检查内容有哪些答区分哪些有很低可能性通过最终掩膜检验的衬底，提供工艺性能和工艺控制数据，以及分拣出需要重做的衬底检查内容掩膜版选用是否正确、光刻胶层得质量是否满足要求、图形的质量、套刻精度是否满足要求30、什么是正光刻胶，负光刻胶其组成是答正光刻胶胶的曝光区在显影中除去，当前常用正胶为 DQN ，组成为光敏剂重氮醌DQ ，碱溶性的酚醛树脂 N ，和溶剂二甲苯等。负光刻胶胶的曝光区在显影中保留，未曝光区在显影中除去，负胶多由长链高分子有机物组成31、常见的曝光光源答紫外光源、深紫外光源。32、常见的光刻对准曝光设备有答接触式光刻机；接近式光刻机；扫描投影光刻机；分步重复投影光刻机；步进扫描光刻机。34、什么是光敏度，移相掩膜，驻波效应光敏度指单位面积上入射的使光刻胶全部发生反应的最小光能量或最小荷量。移相掩膜基本原理是在光掩模的某些透明图形上增加或减少一个透明的介质层，称移相器，使光波通过这个介质层后产生 180°的位相差，与邻近透明区域透过的光波产生干涉，抵消图形边缘的光衍射效应，从而提高图形曝光分辨率驻波效应在微细图形光刻过程中，一般曝光光源为单色或窄带光源，在由基片、氧化物层和抗蚀剂等组成的多层膜系情况下，由于膜系各层折射率不同，曝光时入射光将在各层膜的界面处发生多次反射，在光致抗蚀剂中形成驻波。36、什么是湿法刻蚀，干法刻蚀各有什么优缺点答湿法刻蚀晶片放在腐蚀液中，通过化学反应去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜图形。优缺点湿法腐蚀工艺简单，无需复杂设备。保真度差，腐蚀为各向同性， A0，图形分辨率低。选择比高、均匀性好、清洁性较差干法刻蚀刻蚀气体在反应器中等离子化，与被刻蚀材料反应（或溅射），生成物是气态物质，从反应器中被抽出。优缺点保真度好，图形分辨率高；湿法腐蚀难的薄膜如氮化硅等可以进行干法刻蚀、清洁性好，气态生成物被抽出；无湿法腐蚀的大量酸碱废液设备复杂；选择比不如湿法37、实际生产中为何使用二步扩散浓度分布有何特点答两步工艺分为预淀积（预扩散）、再分布（主扩散）两步。预淀积是惰性气氛下的恒定源扩散，目的是在扩散窗口硅表层扩入总量 Q 一定的杂质。再分布是氧气氛或惰性气氛下的有限源扩散，将窗口杂质再进一步向片内扩散，目的是使杂质在硅中具有一定的表面浓度 Cs、分布 C（ x）、且达到一定的结深 xj。预淀积服从余误差分布，再分布服从高斯函数分布。38、何谓氧化增强扩散，发散区推进效应产生机理是答在热氧化过程中原存在硅内的某些掺杂原子显现出更高的扩散性，称为氧化增强扩散。机理氧化诱生堆垛层错产生大量自填隙 Si，间隙 -替位式扩散中的 “ 踢出 ” 机制提高了扩散系数。在 npn 窄基区晶体管制造中，如果基区和发射区分别扩硼和扩磷，则发现在发射区正下方的基区要比不在发射区正下方的基区深，即在发射区正下方硼的扩散有了明显的增强，这种现象称为发射区推进效应。机理由于高浓度扩散磷时会产生大量空位，从而可使发射区正下方的硼得以加速扩散，产生发射极推进效应。40、 IC 对金属材料特性有何要求答 1、与 n＋、 p＋硅或多晶硅形成低阻的欧姆接触（接触电阻小），利于提高电路速度， 2、抗电迁移性能好，长时间在较高电流密度负荷下，金属材料的电迁移现象不致引起金属引线失效， 3、与绝缘体（ SiO2 ）有良好的附着性， 4、耐腐蚀， 5、易于淀积和刻蚀， 6、易于键合，且键合点能经受长期工作， 7、多层互连要求层与层之间绝缘性好，不互相扩散和渗透，要求有一个扩散阻挡层41、 Al 膜制备方法有答电阻加热蒸发法、电子束蒸发法、溅射法42、金属在 IC 中的作用有答 1、 MOSFET 栅电极材料， 2、互连材料－－－将同一芯片内的各个独立的元器件连接成为具有一定功能的电路模块， 3、接触材料－－－直接与半导体材料接触的材料，以及提供与外部相连的连接点43、 Al/Si 接触中的尖楔现象答 Al/Si 接触时， Si 在 Al 膜的晶粒间界中快速扩散而离开接触孔的同时， Al 就向接触孔内运动，填充因 Si 离开而留下的空间。在某些接触点处 Al 就象尖钉一样揳进到 Si 衬底中去，使 pn 结失效。这就是 “ 尖楔 ” 现象。44、何谓 “ 电迁移现象 ” 如何提高抗电迁移能力答电迁移现象大电流密度作用下的质量输运现象，即沿电子流方向进行的质量输运，在一个方向形成空洞，而在另一个方向由于铝原子的堆积形成小丘，前者使互连引线开路或断裂，而后者造成光刻困难和多层布线之间的短路。结构的影响和 “ 竹状 ” 结构的选择、 Al－ Cu 合金和 Al－ Si－ Cu 合金、三层夹心结构