微電子工藝2022年試卷含答案

微電子工藝2022試卷一張建國-答案

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.....密.....圭j......線......以......內(nèi)......答.....

題.....無.....效……

電子科技大學(xué)2022-2022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：平時10%,期中％,實驗%,期末90%本試卷

試題由三部分構(gòu)成，共4頁。

題號得分得分一、簡答題（共72分，共12題，每題6分）

1、名詞解釋：集成電路、芯片的關(guān)鍵尺寸以及摩爾定律

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

摩爾定律：每隔12個月到18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、M0S器件中使用什么晶面方向的硅片，雙極型器件呢？請分別給

出原因。

MOS：《100>Si/Si02界面態(tài)密度低;雙極：《Hl>生長快,成本低

3、倒摻雜工藝中，為形成p阱和n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

量遠小于形成n阱所需的離子注入能量？PMOS管一般做在p阱還是n

阱中？

P阱：注B；N阱：注P。B離子遠比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

4、解釋質(zhì)量輸運限制CVD工藝和反應(yīng)速度限制CVD工藝的區(qū)別，哪

種工藝依賴于溫度，為什么LPCVD

淀積的薄膜比APCVD淀積的薄膜更均勻？

質(zhì)量輸運限制CVD：反應(yīng)速率不能超過傳輸?shù)焦杵砻娴姆磻?yīng)氣體的

傳輸速率。反應(yīng)速度限制CVD：淀積速度受到硅片表面反應(yīng)速度的限制，

依賴于溫度。

LPCVD工作于低壓下，反應(yīng)氣體分子具有更大的平均自由程，反應(yīng)器

內(nèi)的氣流條件不重要，只要控制好溫度就可以大面積均勻成膜。

一二三四五六七八九十合計第1頁共6頁

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題.....無.....效……

5、解釋為什么目前CMOS工藝中常采用多晶硅柵工藝，而不采用鋁柵

工藝？

多晶硅柵工藝優(yōu)點：

1、通過摻雜得到特定電阻

2、和二氧化硅更優(yōu)良的界面特性3、后續(xù)高溫工藝兼容性4、更高的

可靠性

5、在陡峭的結(jié)構(gòu)上的淀積均勻性6、能實現(xiàn)自對準(zhǔn)工藝

6、現(xiàn)在制約芯片運算速度的主要因素在于RC延遲，如何減少RC延

遲？

辦法：1、采用電導(dǎo)率更高的互連金屬，如Cu取代A12、采用低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，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：1、電阻率減少，RC延遲減少2、減少功耗

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、銅的高擴散系數(shù)，有可能進入有源區(qū)產(chǎn)生漏電2、不能采

用干法刻蝕3、低溫下很快氧化

辦法：采用大馬士革工藝、增加銅阻擋層金屬

8、解釋什么是硅柵自對準(zhǔn)工藝，怎么實現(xiàn)以及有何優(yōu)勢。

提供穩(wěn)定的金屬半導(dǎo)體接觸結(jié)構(gòu)、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。

實現(xiàn)過程：側(cè)墻形成一過渡金屬（如Ti）PVD淀積一低溫RTP一氨水

和雙氧水混合液濕法化學(xué)腐蝕一高溫RTPo

主要優(yōu)點在于避免光刻的對準(zhǔn)誤差。

9、化學(xué)放大如何在光刻膠中實現(xiàn)？為什么要對化學(xué)放大深紫外光刻

膠進行后烘？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)反應(yīng)？實現(xiàn)：采用一種

光酸產(chǎn)生劑（PAG）,進行酸致催化反應(yīng)而增加DNQ酚醛樹脂的敏感性。

這種酸僅在曝光區(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，通過催化反應(yīng)將保護基團

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)反應(yīng)。

10、什么是離子注入時的溝道效應(yīng)？列舉出三種控制溝道效應(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，

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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

展。方法：1、傾斜硅片2、掩蔽氧化層3、預(yù)非晶化11、列舉出3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、采用SOI基片4、采用外延層

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？要實現(xiàn)銅金屬化必須要采用

CMP,為什么？

反刻、玻璃回流、旋涂膜層以及化學(xué)機械平坦化（CMP）

表面起伏使光刻時對線寬失去控制，無法在光刻平面內(nèi)對準(zhǔn)；而通過

CMP平坦化硅片表面可以減少焦深從而獲得較高的圖形分辨率。

銅不能利用于干法刻蝕，而要形成銅金屬互連，只能采用CMP實現(xiàn)大

馬士革工藝。得分二、作圖題（共12分）

1、簡單示意畫出制作在P+硅襯底的P-外延層上的PMOS管的剖面結(jié)

構(gòu)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）

2、從LOCOS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，包括基本

的介質(zhì)層生長（氧化和淀積）、光刻（請注明正膠、負(fù)膠）、以及刻

蝕工藝。（9分）LOCOS隔離工藝

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題.....無.....效……

STI隔離工藝

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得分三、計算題（共16分）

1、硅片熱氧化生長遵從如下公式：t2o某+人8某=86+］），其中

to某為硅片經(jīng)過t時間后Si02的生長厚度（um）；

B為拋物線速率系數(shù)（um2/h）；B/A為線性速率系數(shù)（um/h）；T為

生成初始氧化層（同一工藝參數(shù)）所用的時間（h）。我們希望通過對一初

始表面氧化層厚度為0的硅片進行一2段氧化過程：干氧（0.5h）一濕氧

（2h）來生成厚的Si02薄膜作為隔離場氧層。干氧溫度為1100C,濕氧水

汽氧化溫度為920C。已知：920C下水汽氧化相關(guān)工藝參數(shù)分別為：

A=0.50um,B=0.20um2/h；1100C下干氧氧化相關(guān)工藝參數(shù)分別為：

A=0.09um,B=0.03um2/h。試計算：a、0.5h內(nèi)干氧生成的Si02厚度

（urn）；（2分）b、2h內(nèi)濕氧水汽氧化所生成的Si02厚度（Rm）；

（4分）c、整個氧化過程所消耗的硅層的厚度（um）。（2分）

提示：在計算a、b時請注意，需要通過之前的初始Si02層厚度來確

定對應(yīng)氧化步驟的初始Si02層生長時間T（非真實生長時間，令t=0即

得）。

解：（a）Vt2o^+Ato^=B（t+x）,又\?初始氧化層厚度為0；

/.T1=（t2o某+Ato某）/B=Oh

Vt2oM+Ato^=B（t+T1）,又5h；

.\t2o某+0.09to某=0.03某(0.5+0)；即to某=0.0855pm

答：0.5h內(nèi)干氧生成的Si02厚度為0.0855um。

(b)Vt2o某+Ato某=86+T2),又?.?濕氧時初始氧化層厚度為

0.0855um；/.T2=(t2o某+Ato某)/B=0.25h

Vt2o某+Ato某=3仕2+T2),又：t2=2h；

.\t2o某+0.5to某=0.2某(2+0.25)；即to某=0.4659Pm

答：2h內(nèi)濕氧水汽氧化所生成的Si02厚度為0.4659um0

(c)總的硅片氧化生成的二氧化硅厚度to某=

0.0855+0.4659=0.5514umA消耗的硅層厚度為tSi=0.5514某

0.45=0.2481um

答：整個氧化過程所消耗的硅層的厚度為0.2481umo

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。我們希望采用大束流氧

離子注入機制備12英寸SOI材料，注入時掃描面積為30cm某30cm,

Si相對原子質(zhì)量ArSi為28,單晶Si體密度PSi為2.30g/cm3,阿伏伽

德羅常數(shù)NA=6.02某1023/mol,e=l.6某10-19Co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：

a、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)(提示：Si原子體

密度NSi=(PSi/ArSi)某NA)(2分)

b、要形成SOI材料，注入。原子的體密度為多少？(提示：要通過

0離子注入形成Si02埋層，0原子體密度應(yīng)該為Si原子體密度兒倍？)

(2分)

c、形成單片SOI基片時0+離子注入時間控制在1小時，Si02層厚度

為100nm,那么所需要的注入束流是多少毫安(mA)?(提示：劑量=注

入原子的面密度，而面密度=體密度某厚度)(4分)解：

(a),.，NSi=(pSi/ArSi)某NA；

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.....密.....封.....線.....以......內(nèi)......答…一

題.....無.....效……

/.NSi=(2.3/28)某6.02某1023=4.9449某1022/cm3

答：注入前單晶Si中Si原子的體密度為4.9449某1022/cm3o

(b)V要通過0離子注入形成Si02埋層，0原子體密度應(yīng)該為Si原子體

密度的2倍.?.N0=4.9449某1022某2=9.8898某1022/cm3

答：要形成SOI材料，注入0原子的體密度N0為9.8898某1022/cm3o

(c)?..劑量:注入原子的面密度，而面密度二體密度某厚度.??注入劑量Q=NO

某100某10-7=9.8898某1017/cm2

??,劑量

QItenAQenA9.8