硅集成设计电路-杨正春-考试题库 - 图文

1. 请描述晶圆的主要晶向和类型，画出主切变与副切边的关系示意图，并指出Bipolar和CMOS最常用的晶圆类型。(5分)

答：

（a）P型<111> （b）N型<111>

（c）P型<100> （d）N型<100>

Bipolar主要采用<111>晶圆，而CMOS主要采用P型 <100>晶圆。

2. 请将常用IC制造工艺归纳为四大基本工艺，并指出各包含具体工艺。（5分）

答：

（1）Adding：Doping, layer growth, and deposition （2）Removing：Etch, clean, and CMP （3）Patterning：photolithography

（4）Heating ：Annealing, alloying, and reflow

3. 简述扩散和离子注入的概念，并对比两者的特点。（5分）

答：扩散是一种材料通过另一种材料的运动，是一种化学过程。扩散发生需要两个条件：浓度差；能量。离子注入是将要扩散的杂质转换为高能离子的形式，然后注入到硅体内的一种扩散方法。

离子注入与扩散的比较

扩散 较高的温度下进行，且需要坚硬的掩模 掺杂区是各向同性的 不能够独立的控制掺杂的浓度和掺杂的结的深度 只能用于成批的工艺生产中 离子注入 较低温度下即可进行，对掩模的要求较低，一般的光刻胶就可以满足要求 掺杂区是各向异性的 能够独立的控制掺杂的浓度和掺杂的结的深度 即可用于成批的生产工艺也可以用于单个晶片的生产工艺中 4. 解释离子注入中的沟道效应，并给出消除或减少沟道效应的工艺方法。（10）

答：在单晶靶中，原子的排列是有规律和周期性的，因此靶原子对入射离子的阻止作用是各向异性的，取决于晶体的取向，因而入射离子入射方向不同将得到不同的射程。当入射离子沿某些低指数轴向的方向注入时，入 射离子有可能沿晶轴方向穿透的比较深，这种现象称为离子注入的沟道效应。入射离子进入沟道并不意味着一定发生沟道效应，只有当入射离子的入射角小于某一角度α时才会发生，这个角称为临界角。离子以小于临界角的角度注入，它在沟道中很少受到原子核的碰撞，出现沟道效应。

在实际生产过程中，为了使掺杂物质在器件中的分布尽量均匀，常采取一定的措施来防止沟道效应的产生。常用的方法有：

（1）使注入离子入射方向与硅晶片的晶面取向之间形成一定的角度。 （2）在Si表面镀上一层非晶硅。

（3）将硅晶片表面预先用Ar离子处理使之形成非晶层或用光掩模胶涂覆。

5. 请描述集成电路制造中的三种扩散类型及各自的特点，并画出不同扩散方式对应杂质分布示意图。

答：扩散类型及特点如下：

（1）恒定表面源扩散：表面浓度一定下，扩散时间越长，杂质扩散距离就

越深，扩散到硅片的杂质数量就越多。

（2）有限表面源扩散：扩散时间越长，杂质扩散得也就越深，表面浓度越低。扩散时间相同时，扩散温度越高，杂质扩散越深。

（3）两步扩散：包括预扩散和再分布两个过程，预扩散为恒定表面源扩散，而再分布过程为有限表面源扩散，实际生产应用主要采用方法。

各种扩散方法对应杂质分布是示意图如下：

（a）恒定表面源扩散 （b）有限表面源扩散

（c）两步扩散发的预扩散和再分布

6. 请描述氧化的三种方法及其特点（5分）

答：根据氧化剂的不同可以将氧化分为三种：

（1） 干氧氧化，干氧氧化是指在高温下，氧气与硅反应产生二氧化硅。

其特点是所得的二氧化硅重复性好，掩蔽性好，结构致密。

（2） 水汽氧化，水汽氧化是指在高温下，硅与高纯水产生的蒸汽反应生

成二氧化硅。其特点是所得二氧化硅均匀性和重复性较好，结构较为致密，掩蔽性基本满足。由于氢氧根在硅中扩散速度大于氧气在硅中的扩散速度，故其氧化速度比干氧氧化速度快。

（3） 湿氧氧化，湿氧氧化的氧化剂是通过高纯水的氧气，这些氧气会带

有一定量的水蒸气，最终是参与氧化的氧化剂除了氧气还有水蒸气。其生成的二氧化硅重复性比较差，结构疏松，掩蔽性差。氧化速度介于干氧氧化与水汽氧化之间。

7. 请简述基本光刻工艺的过程及各步骤的作用？（10分）

答：光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上所规定的特定区域的操作，可以分以下步骤进行：

1) 表面准备：清洁和干燥晶圆表面； 2) 前烘 :使衬底脱水。

3) 打底胶：提高光刻胶的粘附性。

4) 涂光刻胶：在晶圆表面建立薄而均匀并且无缺陷的光刻胶膜；

5) 软烘焙：加热蒸发掉部分光刻胶溶剂，减少溶剂光敏聚合物中正常的化学反应，并提高光刻胶的粘结能力；

6) 对准和曝光：掩膜版和图形在晶圆上的精确对准和光刻胶的曝光； 7) 后烘：减小驻波效应。

8) 显影：去除可溶于显影液的部分光刻胶；

9) 硬烘焙：使溶剂继续蒸发，固化光刻胶，提高其粘结能力，从而增强其耐刻蚀性；

10)显影目检：检查表面的对准情况和缺陷情况检查是否失真；

11)刻蚀：在光刻胶的保护下将光刻胶的开口处晶圆顶层材料刻蚀去除； 12)光刻胶去除：去除晶圆表层的光刻胶；

13）最终检测：表面检查以发现刻蚀的不规则和其他问题

8. 何谓刻蚀？刻蚀速率？刻蚀的选择性？湿法刻蚀和干法刻蚀的比较？

答：刻蚀是将形成在晶圆表面上的薄膜全部，或特定处所去除至必要厚度的制程。刻蚀速率是单位时间内去除的刻蚀材料厚度或深度。刻蚀的选择性，又称刻蚀速率比，是指在刻蚀过程中不同材料的刻蚀速率比。

湿法刻蚀主要采用化学腐蚀进行，是传统的刻蚀工艺。它具有各向同性的缺点，因而精度差，线宽一般在3um以上。而干法刻蚀（又称等离子体刻蚀）是因大规模集成电路生产的需要而开发的精细加工技术，它具有各向异性特点，在最