微电子工艺习题总结.docx

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微电子工艺习题总结

微电子工艺习题总结

第一章

1.Whatisawafer?

Whatisasubstrate?

Whatisadie?

什么是硅片，什么是衬底，什么是芯片

答：

硅片是指由单晶硅切成的薄片；芯片也称为管芯（单数和复数芯片或集成电路）；硅圆片通常称为衬底。

2.Listthethreemajortrendsassociatedwithimprovementinmicrochipfabricationtechnology,andgiveashortdescriptionofeachtrend.

列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势

答:

提高芯片性能:

器件做得越小，在芯片上放置得越紧密，芯片的速度就会提高。

提高芯片可靠性：

芯片可靠性致力于趋于芯片寿命的功能的能力。

为提高器件的可靠性，不间断地分析制造工艺。

降低芯片成本：

半导体微芯片的价格一直持续下降。

3.Whatisthechipcriticaldimension（CD）?

Whyisthisdimensionimportant?

什么是芯片的关键尺寸，这种尺寸为何重要

答：

芯片的关键尺寸（CD）是指硅片上的最小特征尺寸；

因为我们将CD作为定义制造复杂性水平的标准，也就是如果你拥有在硅片某种CD的能力，那你就能加工其他所有特征尺寸，由于这些尺寸更大，因此更容易产生。

4.Describescalinganditsimportanceinchipdesign.

描述按比例缩小以及在芯片设计中的重要性

答：

按比例缩小：

芯片上的器件尺寸相应缩小是按比例进行的

重要性：

为了优电学性能，多有尺寸必须同时减小或按比例缩小。

5.WhatisMoore'slawandwhatdoesitpredict?

什么是摩尔定律，它预测了什么

答：

摩尔定律：

当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数，月每隔18个月便会增加1倍，性能也将提升1倍。

预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番。

第二章

6.Whatistheadvantageofgalliumarsenideoversilicon?

砷化镓相对于硅的优点是什么

答：

优点：

具有比硅更高的电子迁移率；减小寄生电容和信号损耗的特性；集成电路的速度比硅电路更快；材料的电阻率更大。

7.Whatistheprimarydisadvantageofgalliumarsenideoversilicon?

砷化镓相对于硅的主要缺点是什么

答：

主要缺点：

缺乏天然氧化物；材料的脆性；成本比硅高10倍；有剧毒性在设备，工艺和废物清除设施中特别控制。

第三章

8.Whatisanactivecomponent?

Givetwoexamplesofthistypeofcomponent.

什么是无源元件，举出两个无源元件的例子

答：

有源器件：

在不需要外加电源的条件下，就可以显示其特性的电子元件。

例子：

电阻，电容。

9.Whataresomenotablecharacteristicsofbipolartechnology?

Whatisbiggestdrawbacktobipolartechnology?

双极技术有什么显著特征，双极技术的最大缺陷是什么

答：

显著特征：

高速，耐久性和功率控制能力。

最大缺陷：

功耗高。

10.Whatarethebenefitsofthefield-effecttransistor（FET）?

场效应管有什么优点

答：

低电压和低功耗。

11.WhatarethetwobasictypesofFETs?

Whatisthemajordifferencebetweenthem?

FET的两种基本类型是什么，他们之间的主要区别是什么

答：

类型：

结型（JFET）和金属-氧化物型（MOSFET）半导体。

区别：

MOSFET作为场效应管晶体输入端的栅极由一层薄介质与晶体管的其他两极绝缘。

JFET的栅极实际上同晶体管其他电极形成物理的pn结。

12.WhatarethetwocategoriesofMOSFETs?

Howaretheydistinguishablefromoneanother?

MOSFET有哪两种类型，他们怎样区分

答：

类型：

nMOS（n沟道）和pMOS（p沟道）

区分方法：

可有各自器件的多数载流来区别。

13.WhattwoICtechnologiesareusedinBiCMOS?

BiCMOS使用了哪两种集成电路技术

答：

采用了CMOS和双极技术

14.Whatcouldadigital/analog（D/A）converterchip

beusedfor?

Whatcouldananalog/digital（A/D）chipbeusedfor?

数模转换器芯片能用做什么，模数转换器芯片能用做什么

答：

数/模转化器芯片可用来提供用做电子机械设备的控制模拟驱动信号。

模/数转换器芯片可用来测量模拟驱动信号的输出。

15.Explainthedifferencebetweenanenhancement-modetransistoranddepletion-modetransistorwithregardstotheirstandbycondition.

解释增强型晶体管和耗尽型晶体管使用情况的区别

答：

增强型晶体管很好地工作于数字陆机应用中，只需要单极的输入信号控制场效应晶体管。

耗尽型被已经存在的闭合沟道部分开启。

输入电压可以在一个方向变化以提高流过沟道的电流，或者在相反方向降低流过的沟道电流。

如果栅极的输入电压在反向更大地提高，耗尽型晶体管将会断开。

第四章

16.Whyisitnecessarytohavemonocrystalsiliconforwaferfabrication?

为什么要用单晶进行硅片制造

答：

半导体芯片加工需要纯净的单晶硅结构，这是因为单胞重复的单晶结构能够提供制作工艺和器件特性所需要的电学和机械性质。

糟糕的晶体结构和缺陷导致微缺陷的形成。

17.WhichcrystalplaneorientationismostcommonMOS?

Whichismostcommonforbipolar?

MOS器件中用的最多的是哪种方向晶向，双极型用的最多的是哪几种

答：

MOS：

（100）面的硅片；双极型：

（111）面的硅片

18.Definecrystalgrowth.WhatistheCZmethodforcrystalgrowth?

定义晶体生长，什么是CZ单晶生长法

答：

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。

CZ单晶生长法：

是熔化了的半导体级硅液体变为有正确晶向并且被掺杂成n型或p型的固体硅锭。

19.Listsevenwaferqualityrequirementsforasiliconwafer.

列举硅片的七种质量要求

答：

物理尺寸；平整度；微粗糙度；氧含量；晶体缺陷；颗粒；体电阻率

20.Whatisanepitaxiallayer,andwhyisitusedonwafers?

什么是外延层，为什么在硅片上使用它

答：

在某种情况下，需要硅片有非常纯的与衬底有相同晶体结构的硅表面，还要保持对杂质类型和浓度的控制，这要通过在硅表面沉积一个外延层来达到。

原因是外延层在优化pn结的击穿电压的同时降低了集电极电阻，在适中的电流强度下提高了器件速度。

外延在CMOS集成电路中变得重要起来，因为随着器件尺寸不断缩小它将闩锁效应降到最低。

外延层通常是没有玷污的。

第八章

21、Whatisplasma?

WhyisRFenergyusedinplasma?

什么是等离子体，为什么要在等离子体中使用RF能量

答：

等离子是一种中性，高能量，离子化的气体，包含中性原子或分子，带电离子和自由电子。

RF能量的使用可以产生一个高功效的等离子体。

第九章

22、Listthesixdistinctproductionareasinawaferfabandgiveashortdescriptionofeacharea.列出芯片厂中6个不同的生产区域并对每一个区域做简单的描述

答：

扩散：

扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜沉积的区域。

光刻：

使用黄色莹光管照明使得光刻区与芯片厂中的其他各个区明显不同。

刻蚀：

是在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。

离子注入：

采用高电压和磁场来控制并加速离子。

薄膜生长：

主要负责生产各个步骤当中的介质层与金属层的沉积。

抛光：

为了使硅片表面平坦化，是通过将硅片表面突出的部分减薄到下凹部分的高度实现。

23、Identifythethreeproductionareaswherephotoresistcoatedwaferscanbefound.

确定有光刻胶覆盖硅片的三个生产区域

答：

光刻区，刻蚀区和离子注入区

24、Whatisthepurposeoftheetchprocess?

Namethemostcommontoolsusedinthisarea?

刻蚀工艺的目的是什么，这个区中最常用的设备是什么

答：

目的：

硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。

常用设备：

等离子刻蚀机，等离子体去胶机和湿法清洗设备。

25、Whatarethereasonsforthethermalannealprocessafterionimplantation?

离子注入后进行退火工艺的原因是什么

答：

可使裸露的硅片表面生长一层新的阻挡氧化层；高温使得杂质向硅中移动；可使注入引入的损伤得到修复；使杂质原子与硅原子间的共价键被激活，使得杂质原子成为晶格结构中的一部分。

26、Whatisshallowtrenchisolation（STI）?

Whatprocessdiditreplace?

什么是浅槽隔离（STI），它取代了什么工艺

答：

浅槽隔离（STI）是在衬底制作的晶体管有源区之间隔离区的一种可选工艺。

取代了局域氧化工艺（LOCOS）

第十章

27、Whatisthedifferencebetweenagrownandadepositedoxidelayer?

生长氧化层和淀积氧化层间的区别是什么

答：

在升温环境里，通过外部供给高纯氧气使之与硅衬底反应，可以在硅片上得到一层热生长的氧化层；沉积的氧化层可以通过外部供给氧气和硅源，使它们在腔体中反应，从而在硅片表面形成一层薄膜。

28、Describethefieldoxidelayer,andstateitsrangeofthickness.

描述场氧化层及其厚度范围

答：

场氧化层：

抑制金属层的电荷堆积的厚氧化层

范围：

2500~12000*10^-10（A上面一个圈）之间

29、Whyisthegateoxidethermallygrown?

为什么删氧要用热生长

答：

因为栅氧与其下的Si具有高质量和稳定性的特点，栅氧一般通过热生长获得。

30、Listsixapplicationsforthermaloxidesinwaferfabricationandgiveapurposeforeachapplication.

列出热氧化物的硅片制造的六种用途，并给出各种用途的目的

答：

金属层间绝缘阻挡层：

用做金属连线间的保护层。

注入屏蔽氧化层：

用于减小注入够到和损伤。

势氧化层：

做氧化硅缓冲层以减小应力。

掺杂阻挡层：

作为掺杂或注入杂质到硅片中的掩蔽材料。

阻挡氧化层：

保护有源器件和硅免受后续工艺的影响。

栅氧化层：

用做MOS晶体管栅和源漏之间的介质。

31.Ifanoxidelayeristhermallygrowritobe2,000Athick,howmuchsiliconisconsumed?

如果热生长氧化层厚度为2000A，那么Si消耗多少

答：

920A（每生长1000A的氧化物，就有460A的硅被消耗）

32.ListthefourtypesofoxidechargesSi/Si02interface.

列出Si/Si02界面处的4种氧化物电荷

答：

正的电荷。

负的电荷。

界面陷阱电荷。

可移动氧化物电荷

33.Givetwoadvantagestousingchloijinatedagentsduring

oxidation.

举出氧化工艺中掺氯的两个优点

答：

优点：

可以中和界面处的电荷堆积；能使氧化速率提高10%到15%。

34、Whateffectdoesdopinghaveonoxidegrowth?

掺杂对氧化物生长的影响是什么

答：

重掺杂的硅要比轻掺杂的氧化速率快。

35、Explaintheeffectfromcrystalorientationonoxidegrowth.

解释晶体晶向对氧化物生长的影响

答：

线性氧化物速率依赖于晶向的原因是（111）面的硅原子密度比（100）面的大。

因此，在线性阶段，（111）硅单晶的氧化速率将比（100）稍快，但是（111）的电荷堆积更多。

36、Pressurehaswhateffectonoxidegrowth?

压力对氧化物生长的影响是什么

答：

生长速率随着压力增大而增大。

高压强迫使氧原子更快地穿越正在生长的氧化层，这对线性和抛物线速率系数的增加很重要。

这就允许降低温度但仍保持不变的氧化速率，或者在相同温度下获得更快的氧化生长。

氧化生长的经验法则表明，每增加一个大气压的压力，相当于炉体温度降低30摄氏度。

37、Whatarethefivecomponentsinaverticalfurnacesystem?

立式炉系统的五部分

答：

工艺腔，硅片传输系统，气体分配系统，尾气系统，温腔系统

38Whatisarapidthermalprocessor（RTP）?

Whataresixadvantagesithasovertheconventionalfurnace?

什么是快速热处理，相比于系统炉其6大优点是什么

答：

快速热处理是在非常短的时间内，将单个硅片加热至400~1300摄氏度范围内的一种方法。

优点：

减小热预算。

硅中杂质运动最小。

减小玷污，这归功于冷壁加热。

由于较小的腔体体积，可以达到清洁的气氛。

更短的加工时间。

加大热梯度。

38DescribehowanRTPheatsawafer.IsanRTPtypicallyahotwallorcoldwallheatingsystem

描述RTP如何对单个硅片加热，RTP是热壁系统还是冷壁系统

答：

是冷壁系统

第十一章

39、Listanddescribethethreestagesofthinfilmgrowth.

列举并描述薄膜生长的三个阶段

答：

第一步是晶核形成：

成束的稳定小晶核形成，这一步发生在起初少量原子或分子反应物结合起来，形成附着在硅片表面的分离的小膜层的时候。

晶核直接形成于硅片表面，是薄膜进一步生长的基础；第二步是聚集成束，也称为岛生长。

这些随机方向的岛束依照表面的迁移率和束密度来生长。

岛束不断生长，直到第三步即形成连续的膜，这些岛束汇聚合并形成固态的薄层并延伸铺满衬底表面。

40、Listthefivemajortechniquesfordeposition.

列出沉积的5种主要技术

答：

化学气相淀积（cvd）电镀物理气相淀积（pvd或溅射）蒸发旋涂方法

41、ExplainAPCVD.WhatistheprincipaldisadvantagewithAPCVDSi02,usingsilaneasasource?

解释APCVD，使用APCVDSiO2的主要问题是什么，是用硅烷作为反应源吗

答：

常压化学气相淀积；传统上这些膜通常作为层间介质（ILD），保护覆盖物或者表面平坦化；不是使用硅烷作为反应源

42、WhatCVDtoolisusedtodepositthepolysilicongatematerial?

Listsixreasonswhypolysiliconisusedasagateelectrode

沉积多晶硅栅材料采用什么CVD工具，列举多晶硅作为栅电极的6个原因

答：

采用LPCVD工具；1.通过掺杂可得到特定的电阻；2.和二氧化硅优良的界面特性；3和后续高温工艺的兼容性；4.比金属电极更高的可靠性；5.在陡峭的结构上淀积的均匀性；6。

实现栅的自对准工艺。

43、StatesixadvantagestousingplasmaduringCVD.

CVD过程中采用等离子体的优点有哪些

答：

1.更高的工艺温度（250-450℃）；2.对高的深宽比间隙有好的填充能力（用高密度等离子体）；3.淀积的膜对硅片有优良的粘附能力；4.高的淀积速率；5.少的针孔和空洞，因而有高的膜密度；6.工艺温度低因而应用广泛。

44、ExplainwhatHDPCVDis.WhatareitsmainbenefitsinadvancedICs?

解释HDPCVD，它在IC中有什么优势

答：

高密度等离子体化学气相淀积；HDPCVD在IC中的优势是有良好的间隙能力，并可以在300-400℃较低的淀积温度下，制备出能够填充高深宽比间隙的膜。

45、DescribetheeffectwaferbiasinghasonHDPCVDdirectionality.

描述硅片偏置对HDPCVD方向性的影响

答：

使HDPCVD能够淀积得到的膜可以填充深宽比为3:

1到4:

1甚至更高的间隙

46.ExplainsimultaneousdepositionandetchingforHDPCVD.Whatisthevalueforthetypicaldep-etchratio?

解释HDPCVD中同步沉积和刻蚀。

典型深宽比的值是什么

答：

它是采用材料填充高深宽比的间隙并且无空洞形成的基础。

3:

1

47、WhatareLOCOSandSTI（写中英文全称）?

WhyhasSTIreplacedLOCOSforadvancedICs?

ListtheprocessingstepsforSTI.

什么是LOCOS和STI（写中英文全称），为什么在高级IC中STI取代了LOCOS，列举STI的工艺步骤

答：

LOCOS:

硅的局部氧化隔离localoxidationofsilicon

STI：

浅槽隔离shallowtrenchisolation

原因：

1.更有效的器件隔离的需要，尤其是对DRAM器件而言

2.对晶体管隔离而言，表面积显著减小。

3.超强的闩锁保护能力。

4.对沟道没有侵蚀。

5.与CMP的兼容

步骤：

阻挡层和线性氧化层

第十三章

48、Describethedifferencebetweenareticleandaphotomask.

描述投影掩膜版和光掩膜版的区别

答：

投影掩膜版它包括了要在硅片上重复生成的图形。

这种图形可能仅包含一个管芯，也可能是几个

光掩膜版通常称为掩膜版，包含了对于整个硅片来说确定一工艺层所需的完整管芯阵列。

49、Explainthedifferencebetweennegativeandpositivelithography.

解释负性和正性光刻的区别

答：

负性光刻把掩膜版上图形相反的图形复制到硅片表面，正性光刻把与掩膜版上相同的图形复制到硅片上。

主要区别是所用光刻胶的种类不同

50、Describeaclear-fieldmaskandadark-fieldmask

解释亮场掩膜版和暗场掩膜版

答：

如果一个掩膜版，其石英板上大部分被铬覆盖，它就指的是暗场掩膜版。

亮场掩膜版有大面积的透明的石英，而只有很细的铬图形。

51、Listtheeightstepsofphotolithography,andgiveashortexplanationofeachstep.

列出光刻的8个步骤，并对每一步做出简要解释。

答：

1气相成底膜：

第一步是清洗、脱水和硅片表面成底膜处理。

2旋转涂胶：

完成底膜后，硅片要立即采用旋转涂膜的方法涂上液相光刻胶材料。

3软烘：

光刻胶被涂到硅片表面后，必须要经过软烘去除光刻胶中的溶剂。

4对准和曝光：

掩膜版与涂了胶的硅片上的正确位置对准。

5曝光后烘焙：

对于深紫外（duv）光刻胶在100℃到110℃的热板上进行曝光后烘焙是必要的。

6显影：

光刻胶上的可溶解区域被化学显影剂溶解，将可见的岛或者窗口图形留在硅片表面。

7坚膜烘焙：

显影后的热烘指的就是坚膜烘焙，提高光刻胶对硅片表面的粘附性。

8显影后检查：

一旦光刻胶在硅片上形成图形，就要进行检查以确定光刻胶图形的质量

52、Givetwopurposesofaphotoresistinwaferfabrication.

给出硅片制造中光刻胶的两种目的

答：

1.将掩膜版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中。

2.在后续工艺中保护下面的材料。

53、Listanddescribethetwomajortypesofphotoresist.

列出并描述两种主要的光刻胶

答：

负性光刻胶和正性光刻胶。

负性光刻胶是负相的掩膜图形形成在光刻胶上、正相掩膜图形出现在光刻胶上

54、Whatistheresolutionlimitofnegativeresist?

Whichresistisusedforsubmicronlithography?

什么是负胶分辨率的限制，哪种胶应用在亚微米光刻胶中。

答：

由于显影时的变形和膨胀，负性光刻胶通常只有2μm的分辨率。

正性光刻胶

55.Listanddescribethefourcomponentstoani-lineresist.

列出并描述I线光刻胶的4种成分。

答：

1.树脂。

光刻胶树脂是一种惰性的聚合物基质，用于把光刻胶中的不同材料聚在一起的粘合剂2.感光剂。

是光刻胶材料中的光敏成分，它对光形成的辐射能会发生反应3.溶剂。

使光刻胶保持液体状态，直到它被涂在硅片衬底上4.添加剂：

是专用化学品，用来控制和改变光刻胶材料的特定化学性质或光刻胶材料的光响应特性

56、Whataretwodisadvanta