微电子工艺原理和技术复习题

《微电子工艺原理和技术》复习题

一、填空题

1.半导体集成电路主要的衬底材料有单元晶体材料⎽Si⎽、⎽Ge⎽和化合物晶体材料⎽GaAs⎽、⎽InP⎽；硅

COMS集成电路衬底单晶的晶向常选（100）；TTL集成电路衬底材料的晶向常选（111）；常用的硅集成电路介电薄膜是⎽SiO2⎽、⎽Si3N4；常用的IC互连线金属材料是⎽Al⎽⎽、⎽Cu⎽。

2.画出P型（100）、（111）和N型（100）、（111）单晶抛光硅片的外形判别示意图。

3.硅微电子器件常用硅片的三个晶向是：（100）⎽、（111）、（110）画出它们的晶向图。

4.⎽⎽热扩散⎽⎽和⎽离子注入⎽是半导体器件的最常用掺杂方法。⎽P⎽、⎽⎽As⎽⎽⎽是Si常用的施主杂质；

⎽⎽⎽B⎽⎽⎽⎽是Si常用的受主杂质；⎽Zn⎽⎽⎽是GaAs常用的P型掺杂剂；⎽⎽⎽Si⎽⎽⎽⎽是GaAs常用的N型掺杂剂。

5.摩尔定律的主要内容是：⎽晶体管特征尺寸每三年减小到约70%，30年内有效，也可表示为，集成电

路的特征尺寸每三年缩小30%；集成度每三年翻二翻；集成电路工艺每三年升级一代；逻辑电路的速度每三年提高30%。

6. 集成电路用单晶硅的主要制备方法是⎽提拉法⎽和⎽区熔法⎽⎽⎽。

7.半导体材料的缺陷主要有点缺陷、位错、层错、孪晶。

8. 半导体晶体的晶胞具有⎽⎽立方⎽⎽⎽⎽⎽对称性， Si、Ge 、GaAs 晶体为⎽金刚石⎽⎽结构。用⎽⎽密勒指数⎽⎽⎽

h，k，l 表示晶胞晶面的方向。

9.电子和空穴是半导体的主要载流子，N型半导体中⎽电子⎽浓度高于⎽空穴⎽⎽⎽浓度，而P型半导

体中⎽空穴⎽⎽浓度高于⎽电子浓度，⎽本证⎽半导体中的两种载流子浓度相等。

10. 半导体单晶材料中的电子能级由于价电子的共有化分裂成能带，价带是⎽0 K 条件下被 电子填充的能量最高的能带，导带是0 K 条件下未被电子填充的能量最低的能带 ，导 带底与价带顶之间称禁带。施主能级靠近⎽导带底⎽⎽，受主能级靠近⎽价带顶⎽。

11. 画出N 型半导体的能带图。

12. 画出P 型半导体的能带图。

13. 半导体的中，被电子占有的几率为1/2 的能级称为费米能级；对本征半导体，费米能

级位于禁带中央，表示电子和空穴数相等。费米能级靠近导带，表示电子数多于空穴 数，是N 型半导体；费米能级靠近价带，表示空穴数多于电子数，是P 型半导体。

14. 扩散的目的是为了实现对半导体掺杂，杂质扩散的深度与⎽杂质浓度梯度、扩散温度、扩散时间 有关，

服从费克定律。杂质扩散通常分为等表面浓度扩散，也预淀积，和固定杂质总量扩散，也称再分布扩散。预淀积的分布是余误差函数，再分布扩散的杂质呈高斯函数分布。

15. 扩散分布的主要测量方法有：四探针测电阻率、扩展电阻测载流子分布、霍尔效应测电阻率、染色法测结深、二次离子质谱测杂质分布、卢瑟福背散射测重杂质分布。

16. 扩散系统主要有以下四部分组成：⎽⎽炉体与炉管⎽⎽、⎽气体系统⎽⎽、温度和气源控制系统 、 装片系统 。

17. 由于O 2在SiO 2 中的扩散率远 高 于Si 在SiO 2中的扩散率，所以氧化反应是由O 2穿过SiO 2层，在Si-SiO 2界面与Si 原子反应。相同温度下，湿氧氧化速率 高 于干氧氧化速率，是因为在SiO 2中，H 2O 比O 2有更 高 的 扩散率和溶解度。由于N 2 和Si 在Si 3N 4 中的扩散率都很 低 ，所以很难在Si 衬底上热生长Si 3N 4。通常在Si 衬底上用 PECVD 法沉积Si 3N 4薄膜。

18. Si 衬底上热氧化的机理由 迪尔－格罗夫 模型确定。氧化反应的快慢与三个因素有关，即：温度、氧化剂浓度 和 表面电势 。氧化层厚度的理论计算公式为：

式中A 、B 为与扩散率成正比的常数，τ 为由 初始厚度 决定的时间修正系数。

19. 氧化时 硅中的杂质浓度与SiO 2中浓度出现差别的现象 称为分凝效应。B 在氧化硅中的含量高于Si

衬底中的含量，分凝系数 小于1；P 、As 在氧化硅中的含量低于Si 衬底中含量，分凝系数大于1。

20. 氧化层厚度的测量方法主要有：比色法、椭圆偏振仪测试法、台阶测试、相干光波长

差测量、扩展电阻测试、扫描电镜测量。

21. 用C-V 测试可以测定二氧化硅薄膜的：界面态密度、可动电荷密度 和 固定电荷密度。

τ)

B(t At t ox 2ox +=+

22. CMOS 集成电路的栅氧化层要求：针孔密度低、界面态密度低、可动电荷密度低 和 固定电荷密度低 、介电击穿高。通常用 含Cl 氧化降低其界面态密度，用 含N 氧化降低其针孔密度和提高介电击穿强度。

23. 注入离子的射程主要由 离子能量、离子种类 和 衬底材料决定。确定注入离子分布的主要参数是 平均投影射程 及其 标准偏差。注入离子分布的一级近似为 高斯分布。 可写成：

24. 沿晶体沟道注入离子的射程远大于随机方向注入离子射程的现象 称为沟道效应，可以用 硅片相对

注入束偏转5-7︒的注入角 、表面生长氧化层 和 硅注入表面预非晶化来避免。其中，硅片偏转5-7︒的注入角 是最常用的方法。

25. 离子注入机的对Si 衬底作P 型掺杂的源气常用 BF 3，N 型掺杂的源气常用 PH 5和AsH 5。对GaAs 做

N SiH 4。

26. 为了降低注入离子对衬底由于热沉积产生的温升，在高剂量、大束流离子注入时，可以采用 混合 扫

描方式，在低剂量、小束流时一般用 全电扫描 方式注入。

27. 浅结制备的常用方法是： 降低注入离子能量、分子离子注入 加 快速热退火。而 P 型浅结 比 n 型

浅结更难制备。P 型浅结常用 BF 2 + 离子替代 B +注入、 降低B +注入能量、硅注入表面预非晶化 来获得。

28. CMOS 工艺中，阱注入的计量为 1012/cm 2 量级；源、漏注入的剂量为 1015/cm 2量级；

开启调整的注入剂量为 1011/cm 2量级 ；场注入的的剂量为 1013/cm 2量级；离子束合成SOI 材料SIMOX 的O +注入计量为 1018/cm 2量级。

29. 快速热处理设备（RTP ）的主要热交换机制是 热辐射 ，常用热源是 钨-卤灯。RTP 的主要优点

是 时间短可减少杂质的再分布、灯光加热无污染。 30. 光刻工艺的主要工序有：涂胶、前烘、对位、曝光、显影、坚膜、介质刻蚀、去胶 组成。

31. 光学光刻机主要有 接触式 、接近式 、投影式 和 分步重复光刻机 等几种。非光学光刻机主要有 电

子束光刻机 和X 射线光刻机。

32. 光学光刻机的主要曝光光线的是波长为 436nm 的 g 线和 365nm 的i 线，适合1微米以上特征尺寸

的光刻。常用 248nm 的KrF 和 193nm 的ArF 准分子激光做1微米以下特征尺寸的光刻光源。 33. 光刻胶的三种主要成分是：感光剂、 基体材料 和 溶剂。正胶的感光剂是 重氮醌 ，曝光使其 长链分子断裂，正胶的曝光区在显影后 去除； 曝光使负胶的感光剂 交联，使曝光区在显影后 保留。

34. 前烘的目的是 去除胶膜中的大部分溶剂 使胶膜中的溶剂只有初始浓度的 5% 。从而，使胶的 曝光

性能稳定。对正胶，前烘过度会使非曝光区的胶 部分溶解；前烘不足，会使胶的感光度 提高，对比度 降低，线条边缘不陡直。所以，必须严格控制前烘的 时间 和 温度。

35. 光刻工艺的分辨率决定于：光刻机的分辨率 、光刻胶的种类 、 光刻胶的厚度 、光刻胶的对比度 和

曝光、显影、刻蚀条件的正确控制。正胶的分辨率 高 于负胶的分辨率；光刻胶越薄，分辨率越 高 。 2P 2

P R 2Δ)R (x P e ΔR 2πD N(x)--

=