微電子工藝2022年試卷（含答案）

第第16頁學(xué)院 姓名 學(xué)號 任課教師 考場教室 選課號/座位號………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效……2023-2023學(xué)年第二學(xué)期期末考試B卷課程名稱：微電子工藝考試形式：開卷 考試日期：20 年 月 日考試時長：120分鐘課程成績構(gòu)成：尋常10 %，期中 %，試驗(yàn) %，期末90 %本試卷試題由三 局部構(gòu)成，共4 頁。題號題號一二三四五六七八九十合計得分得分一、簡答題〔72分，共126分〕得分1集成電路：多個電子元件，如電阻、電容、二極管和三極管等集成在基片上形成的具有確定芯片功能的電路。關(guān)鍵尺寸：硅片上的最小特征尺寸1218個月，芯片上集成的晶體管數(shù)目增加一倍，性能增加一倍2、MOS器件中使用什么晶面方向的硅片，雙極型器件呢？請分別給出緣由。MOS：<100> Si/SiO2界面態(tài)密度低；雙極：<111>生長快，本錢低3pn阱一般分別注入什么離子？為什么一般形成P阱所需的離子注入能量遠(yuǎn)小于形成nPMOS管一般做在p阱還是n阱中？P阱：注B；N阱：注P。B離子遠(yuǎn)比P離子要輕，所以同樣注入深度，注P所需能量低PMOS管做在n阱中4CVD工藝和反響速度限制CVDLPCVD淀積的薄膜比APCVD淀積的薄膜更均勻？質(zhì)量輸運(yùn)限制CVD：反響速率不能超過傳輸?shù)焦杵獗淼姆错憵怏w的傳輸速率。反響速度限制CVD：淀積速度受到硅片外表反響速度的限制，依靠于溫度。LPCVD工作于低壓下，反響氣體分子具有更大的平均自由程，反響器內(nèi)的氣流條件不重要，只要掌握好溫度就可以大面積均勻成膜。學(xué)院 姓名 學(xué)號 任課教師 考場教室 選課號/座位號………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效……5、解釋為什么目前CMOS工藝中常承受多晶硅柵工藝，而不承受鋁柵工藝？多晶硅柵工藝優(yōu)點(diǎn)：1234566RC延遲，如何削減RC延遲？方法：1、承受電導(dǎo)率更高的互連金屬，如Cu取代Al2、承受低K質(zhì)介質(zhì)取代SiO2作為層間介質(zhì)7、列出引入銅金屬化的五大優(yōu)點(diǎn)，并說明銅金屬化面臨的三大問題，如何解決這些問題？優(yōu)點(diǎn)：1、電阻率削減，RC延遲削減2、削減功耗3、更高的集成密度4、良好的抗電遷移特性5、更少的工藝步驟問題：1、銅的高集中系數(shù)，有可能進(jìn)入有源區(qū)產(chǎn)生漏電2、不能承受干法刻蝕3、低溫下很快氧化方法：承受大馬士革工藝、增加銅阻擋層金屬8供給穩(wěn)定的金屬半導(dǎo)體接觸構(gòu)造、減小源和漏區(qū)接觸電阻以及柵極和源極以及漏極的寄生交疊電容的工藝。實(shí)現(xiàn)過程：側(cè)墻形成—過渡金屬〔如Ti〕PVD淀積—低溫RTP—氨水和雙氧水混合液濕法化學(xué)腐蝕—高溫RTP。主要優(yōu)點(diǎn)在于避開光刻的對準(zhǔn)誤差。9、化學(xué)放大如何在光刻膠中實(shí)現(xiàn)？為什么要對化學(xué)放大深紫外光刻膠進(jìn)展后烘？對化學(xué)放大深紫外光刻膠，PHS樹脂與顯影液之間是否發(fā)生了化學(xué)反響？實(shí)現(xiàn)：承受一種光酸產(chǎn)生劑PA，進(jìn)展酸致催化反響而增加DNQ在曝光區(qū)中產(chǎn)生。后烘：化學(xué)放大光刻膠含有化學(xué)保護(hù)成分使其不溶解于顯影液。曝光后曝光區(qū)域由PAG產(chǎn)生酸，在后烘步驟加熱時，通過催化反響將保護(hù)基團(tuán)移走，曝過光的區(qū)域樹脂可溶于顯影液。PHS樹脂與顯影液之間沒有發(fā)生化學(xué)反響。10、什么是離子注入時的溝道效應(yīng)？列舉出三種掌握溝道效應(yīng)的方法。溝道效應(yīng)：單晶硅原子為長程有序排列，當(dāng)注入離子未與硅原子碰撞減速，而是穿透了晶格間隙時，就發(fā)生了溝道效應(yīng)，使預(yù)期的設(shè)計范圍〔如摻雜深度和濃度〕大大擴(kuò)展。學(xué)院 姓名 學(xué)號 任課教師 考場教室 選課號/座位號………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效……方法：1、傾斜硅片2、掩蔽氧化層3、預(yù)非晶化113種抑制CMOS電路中閂鎖效應(yīng)〔Latchup〕的方法？方法：1、深埋層2、倒摻雜阱3、承受SOI基片4、承受外延層12、簡述有哪幾種平坦化工藝，為什么CMP對現(xiàn)今深亞微米光刻很關(guān)鍵？要實(shí)現(xiàn)銅金屬化必需要承受CMP，為什么？反刻、玻璃回流、旋涂膜層以及化學(xué)機(jī)械平坦化〔CMP〕CMP平坦化硅片外表可以削減焦深從而獲得較高的圖形區(qū)分率。銅不能利用于干法刻蝕，而要形成銅金屬互連，只能承受CMP實(shí)現(xiàn)大馬士革工藝。得分二、作圖題〔12分〕1、簡潔示意畫出制作在P+硅襯底的P-PMOS管的剖面構(gòu)造示意圖，并標(biāo)注出電極以及阱、源區(qū)和漏區(qū)的摻雜類型〔3分〕2LOCOS工藝和STI工藝這兩種隔離工藝中任選一種畫出形成隔離氧化硅的工藝流程圖的介質(zhì)層生長〔氧化和淀積、光刻〔請注明正膠、負(fù)膠〔9分〕LOCOS隔離工藝第36頁學(xué)院 姓名 學(xué)號 任課教師 考場教室 選課號/座位號………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效……STI隔離工藝第4頁共6頁第第56頁學(xué)院 姓名 學(xué)號 任課教師 考場教室 選課號/座位號得分………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效……得分三、計算題〔16分〕ox ox ox 21硅片熱氧化生長遵從如下公式2 ＋At ＝Bt+其中t 為硅片經(jīng)過t時間后SiO的生長厚m；B為拋物線速率系數(shù)(μm2/h)；B/A為線性速率系數(shù)(μm/h)；τ為生成初始氧化層〔同一工藝參數(shù)〕所用的時間(h)。我們期望通過對一初始外表氧化層厚度為0的硅片進(jìn)展一2段氧化過程：干氧(0.5h)—濕氧(2h)來生成厚的SiO2薄膜作為隔離場氧層干氧溫度為1100℃，濕氧水汽氧化溫度為920℃：ox ox ox 2920℃下水汽氧化相關(guān)工藝參數(shù)分別為：A=0.50μm，B=0.20μm2/h；1100℃下干氧氧化相關(guān)工藝參數(shù)分別為：A=0.09μm，B=0.03μm2/h。試計算：、0.5h內(nèi)干氧生成的Si2厚度〔2分〕b、2h內(nèi)濕氧水汽氧化所生成的Si2厚度4分〕、整個氧化過程所消耗的硅層的厚度〔2分〕提示：在計算a、b時請留意，需要通過之前的初始SiO2層厚度來確定對應(yīng)氧化步驟的初始SiO2層生τ〔非真實(shí)生長時間，令t=0即得。解：(a)t2

At ＝B(t+τ)0；+ox ox+ox∴τ1＝(t2ox

At )/B=0hox∵t2ox

＋At ＝B(t+τ)，又∵t=0.5h；ox ox 1 1∴t2

＋0.09t ＝0.03×(0.5+0)；即t μmox ox ox答：0.5h內(nèi)干氧生成的SiO20.0855μm。(b)∵t2

+At

)，又∵濕氧時初始氧化層厚度為0.0855μm；+oxox ox 2+oxox∴τ2＝(t2ox

At )/B=0.25h∵t2

＋At ＝B(t+τ)t

=2h；ox ox 2 2 2∴t2

＋0.5t ＝0.2×(2+0.25)；即t ＝0.4659μmox ox ox答：2h內(nèi)濕氧水汽氧化所生成的SiO20.4659μm。(c)總的硅片氧化生成的二氧化硅厚度t ＝0.0855+0.4659=0.5514μmoxt＝0.5514×0.45=0.2481μmSi答：整個氧化過程所消耗的硅層的厚度為0.2481μm。2、絕緣層上硅〔SOI〕材料現(xiàn)在在抗輻照超大規(guī)模集成電路中得到廣泛的應(yīng)用。我們期望承受大束流氧12英寸SOI材料，注入時掃描面積30cm×30cm，Si相對原子質(zhì)量ArSi28，單Si體密度ρSi2.30g/cm3，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023/mol，e=1.6×10-19C。假定注入前后體積不變，注入離子的濃度在注入深度范圍內(nèi)均勻分布。試計算：、注入前單晶Si中Si原子的體密度，即每立方厘米體積有多少Si原子？2分Si原子體密度NSρS/ArS)×N2分〕b、要形成SOI材料，注入O原子的體密度為多少？〔提示：要通過O離子注入形成SiO2埋層，O原子體密度應(yīng)當(dāng)為Si原子體密度幾倍？2分〕c、形成單片SOI基片時O+1小時，SiO2100nm，那么所需要的注入束流是多少毫安m〕？體密度厚度4分〕解：(a)∵NSi=(ρSi/ArSi)×NA；∴NSi=(2.3/28)×6.02×1023=4.9449×1022/cm3答：注入前單晶Si中Si4.9449×1022/cm3。學(xué)院 姓名 學(xué)號 任課教師 考場教室 選課號/座位號………密………封………線………以………內(nèi)………答………題………無………效……∵要通過O離子注入形成SiO2埋層，O原子體密度應(yīng)當(dāng)為Si2倍∴NO=4.9449×1022×2=9.8898×1022/