2021 集成电路工艺技术(西北工业大学) 最新满分章节测试答案

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本课程起止时间为:2021-04-12到2021-07-19
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【作业】第一讲：导论 作业一

1、 问题:微芯片制造涉及哪5个大的制造阶段？
评分规则: 【 硅片制备、硅片制造、硅片测试/拣选、装配与封装以及终测等5个大阶段。
】

2、 问题:什么是特征尺寸？什么是几何尺寸？什么是关键尺寸？
评分规则: 【 芯片上的物理尺寸特征被称为特征尺寸。描述特征尺寸的另一个术语是电路几何尺寸。硅片上的最小特征尺寸也称为关键尺寸或CD。
】

3、 问题:什么是摩尔定律？
评分规则: 【 英特尔公司创始人之一的戈登·摩尔，1964年预言在一块芯片上的晶体管数量大于每隔一年翻一番。后来在1875年被修整为预计每18个月翻一番。这就是半导体产业著名的“摩尔定律”。
】

4、 问题:MOS场效应晶体管（MOSFET）与集成电路的飞速发展有什么关系？
评分规则: 【 1960年，埃及科学家阿塔拉（Attala）及韩裔科学家Kahng，在用二氧化硅（SiO2）改善双极型晶体管性能的过程中，意外地发明了MOS场效应晶体管（MOSFET）。MOS晶体管的发现与应用，使得“硅”集成电路工艺技术的发展，进入了前所未有的快速发展阶段。
】

5、 问题:按比例缩小指的是，器件内部电场不变的缩小规律，还是恒定电压按比例缩小规律？
评分规则: 【 在集成电路技术中，实际采用的按比例缩小规律通常是CE律（器件内部电场不变的缩小规律）和CV律（恒定电压按比例缩小规律）的折中，我们称该规律为准恒定电场按比例缩小规则，简称QCE律。
】

【作业】第二讲：半导体材料 作业二

1、 问题:固体能带理论是如何解释导体、绝缘体与半导体的？
评分规则: 【 固体能带理论解释了固体材料中电子怎样改变轨道能级。价电子分布于价带内。价带和导带之间存在一个禁带宽度。某些材料中禁带宽度具有能量很高的能级而产生了一个禁带( 通常大于2 eV )。这类材料被称为绝缘体， 因为电于从价带移动到导带很困难。另一类称为导体的材料中，价带与导带交叠，电子从价带移动到导带只需要很小的能量。第三类材料具有介于绝缘体和导体之间的禁带能量级别，这类材料被称为半导体。半导体的禁带宽度处于中等程度。硅的禁带宽度为1.l 1 eV。
】

2、 问题:半导体“硅”工艺，利用了氧化硅的哪些特性？
评分规则: 【 氧化硅是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污；氧化硅具有与硅类似的机械特性，允许高温工艺而不会产生过度的硅片翘曲。
】

3、 问题:半导体工艺中用到的互连导电材料主要有哪些？
评分规则: 【 铝（Al）几乎可满足金属连接的所有要求，被广泛用于制作欧姆接触及导线。铜的电阻率为1.7 mW×cm比铝3.1mW×cm的电阻率低。以铜代铝成为半导体技术发展的重要节点技术。在MOS及双极器件中，多晶硅用于制作栅极、形成源极与漏极（双极器件的基区与发射区）的欧姆接触、基本连线、薄PN结的扩散源、高值电阻等。铬，钛，钼，铊，钨等纯金属和合金薄层在VLSI制造中起着重要作用。
】

4、 问题:向半导体硅中掺入杂质的有何意义？P型硅与N型硅的多数载流子是什么？
评分规则: 【 向硅中掺入杂质以改变导电性这一概念是半导体制造的一个关键问题。如果能够掺人杂质改变硅的导电性并进一步控制硅何时充当导体或绝撞体，那么我们就把握了固态技术的本质。P型半导体是以硼作为掺杂物，空穴为多数载流子N型半导体是以磷、砷和锑作为主要掺杂物，电子为多数载流子
】

5、 问题:“锗”是20世纪40 年代和50 年代早期第一个用做半导体的材料，它很快被硅取代了。为什么“硅”被选为主要的半导体材料呢？
评分规则: 【 来源广泛，价格低廉容易通过热氧化形成一层二氧化硅具有极好的热稳定性二氧化硅具有强介质特性以及容易得到二氧化硅还可以作为扩散掺杂的掩蔽层
】

【作业】第四讲：硅晶圆的制备 作业四

1、 问题:简述现代用于制备单晶硅锭最普遍的技术方法。
评分规则: 【 现代生产用于制备单晶硅锭最普遍的技术是Czochralski( CZ ) 法，这是按照在20 世纪90年代初期它的发明者的名字来命名的。一小块具有所需要晶向的单晶硅作为“种子”，称之为“籽晶”。 熔化了的硅与单晶籽晶在精准的控制下接触，随着籽晶在上升直拉过程中离开熔体，熔体上的液体会因为表面张力而提高。籽晶上的界面散发热并向下朝着熔体的方向凝固。随着籽晶旋转着从熔体里拉出，与籽晶有同样晶向的单晶硅锭就生长出来了。生长的单晶硅锭就好像是籽晶的复制品。
】

2、 问题:简述单晶硅锭拉制过程中的“掺杂”与“杂质控制”。
评分规则: 【 掺杂 — 为了在最后得到所需要电阻率的晶体，参杂材料被加到拉单晶炉的熔体中。晶体生长中最常用的参杂杂质是产生p型硅的三价硼或者产生n型硅的五价磷。由于参杂杂质数量非常少，通常情况参杂杂质不直接加入到熔体中，典型的过程是把要参杂杂质加入到被粉碎的硅粉中的形式进行参杂的。杂质控制 — 在晶体生长过程中的杂质控制非常重要，因为不受欢迎的杂质会影响器件的性能。一种有益但又必须控制的杂质是氧。在CZ法中氧主要来源于晶体生长中由坩埚分解出来的氧。
】

3、 问题:简单分析硅中的晶体缺陷。
评分规则: 【 为了很好地实现先进的IC功能，半导体要求有近乎完美的晶体结构。晶体缺陷( crystal defect)就是在重复排列的晶胞结构中出现了中断。晶体的缺陷会产生于晶体生长和后面硅锭、硅片的各个工艺中。在硅中主要存在三种普遍的缺陷形式。 1、点缺陷：原子层面的局部缺陷 2、位 错：错位的晶胞 3、层 错：晶体结构的缺陷
】

4、 问题:简述晶圆制备的九个工艺步骤。
评分规则: 【 11
】

5、 问题:硅片“倒角”的作用是什么？
评分规则: 【 硅片边缘抛光修整(又叫倒角)可使硅片边缘获得平滑的半径周线。在硅片边缘的裂痕和小裂缝会在硅片上产生机械应力并会产生位错，尤其是在硅片制备的高温过程中，小裂缝会在生产过程中成为有害沾污物的聚集地，并产生颗粒脱落。平滑的边缘半径将这些影响降到最小。破裂的硅片边缘在硅片制备的热处理中会引起边缘位错生长。
】

【作业】第三讲：集成电路中的器件技术 作业三

1、 问题:简述芯片衬底上PN结二极管的基本结构。
评分规则: 【 本题25分
】

2、 问题:简述芯片衬底上肖特基二极管的基本结构。
评分规则: 【 本题25分
】

3、 问题:什么是CMOS 器件的闩锁效应？
评分规则: 【 本题25分
】

4、 问题:简述FinFET场效应晶体管技术的发展与基本结构
评分规则: 【 本题25分
】

【作业】第五讲：CMOS工艺的基本流程 作业五

1、 问题:简述硅芯片制造厂区6个独立的生产区各自的功能。
评分规则: 【 扩散 扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的区域。扩散区的主要设备是高温扩散炉和湿法清洗设备。能够完成多种工艺流程，包括氧化、扩散、淀积、退火以及合金等。光刻 光刻的目的是将电路图形转移到覆盖于硅表面的光刻胶上。光刻胶是一种光敏的化学物质，它通过深紫外线曝光来印制掩模版的图像。光刻胶只对特定波长的光线敏感。刻蚀 刻蚀工艺是在没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。薄膜生长 薄膜区主要负责生产各个步骤当中的介质层与金属的淀积。离子注入 离子注入机是亚微米工艺中最常见的掺杂工具。抛光 CMP（化学机械平坦化）工艺的目的是使硅片表面平坦化，也是铜互连技术的重要工艺步骤之一。
】

【作业】第六讲：氧化工艺 作业六

1、 问题:简述氧化层在制造硅芯片工艺中的应用有哪些？
评分规则: 【 氧化层在制造硅芯片工艺中的应用有以下几个方面：保护器件免划伤和隔离沾污、限制带电载流子场区隔离（表面钝化）、栅氧或存储器单元结构中的介质材料、参杂中的注入掩蔽、金属导电层间的介质层
】

2、 问题:氧化膜的“表面钝化”说的是什么意思？
评分规则: 【 在硅表面生长SiO2层的过程中，可以将硅表面的一些电活性污染物（可动离子污染）束缚在其中，使其失去活性。这种效果叫做钝化。它能够有效的防止电性能的退化并减少由于潮湿、离子或其他外部污染物引起的漏电流的通路。
】

3、 问题:简述选择性氧化工艺