半导体技术.doc

1.20世纪上半叶对半导体产业发展做出贡献4种不一样产业。P2
答: 真空管电子学、 无线电通信、 机械制表机、 固体物理
2. 列出5个集成时代, 指出每个时代时间段, 并给出每个时代每个芯片上元件数。P4
答: 小规模集成电路 20世纪60年代前期 2-50个芯片
中规模集成电路 20世纪60年代到70年代前期 20-5000个芯片
大规模集成电路 20世纪70年代前期到70年代后期 个芯片
超大规模集成电路20世纪70年代后期到80年代后期 10个芯片
甚大规模集成电路 20世纪90年代后期至今 大于1000000个芯片
3. 列出提升微芯片制造技术相关三个关键趋势, 简明描述每个趋势。P8
答: 1、 提升芯片性能:提升速度和降低功耗。1）、 器件做越小, 芯片上器件就越多, 芯片速度就提升; 2）、 使用材料, 经过芯片表面电路和器件来提升电信号传输。
2、 提升芯片可靠性 3、 降低芯片成本
原因: 根本原因是得益于CD尺存减小; 半导体产品市场大幅度增加。
4. 什么是芯片关键尺寸？这种尺寸为何关键？P9
答: 芯片物理尺寸特征被称为特征尺寸, 最小特征尺寸称为关键尺寸。
将CD作为定义制造复杂性水平标准, 也就是假如你拥有在硅片上制造某种CD能力, 那你就能加工其她全部特征尺寸, 因为这些尺寸更大, 所以更轻易生产。比如, 假如芯片上最小尺寸是0.18um, 那么这个尺寸就是CD。半导体产业使用“技术节点”这一术语描述在硅片制造中使用可应用CD
5. 什么是摩尔定律？它估计了什么？这个定律正确吗？P10
答: 1964年摩尔预言在一块芯片上晶体管数大约每隔一年翻一番（以后在1975年被修正为估计每18个月翻一番）。摩尔定律惊人正确!
6. 以B掺入Si中为例, 说明什么是受主杂质、 受主杂质电离过程和P型半导体。
答: 在硅晶体中掺入硼, 硼是Ⅲ族元素, 硼替换原有硅原子位置, 因为Ⅲ族元素最外层只有3个价电子, 与周围硅原子产生共价键时, 产生一个空穴, 而本身接收一个电子称为带负电离子, 通常我们称这种杂质为受主杂质。这种半导体关键依靠受主提供空穴导电, 这种依靠空穴导电半导体称为p型半导体。
7. 以As掺入Ge中为例, 说明什么是施主杂质、 施主杂质电离过程和N型半导体。
答: 在As中掺入Ge , Ge 是V族元素杂质, Ge杂质会替换原来硅原子位置, 与周围硅原子形成共价键, 多出一个电子便成了能够导电自由电子, 本身变成带正电离子, 通常我们称这种杂质为施主杂质。这种半导体依靠施主提供 电子导电, 这种依靠电子导电半导体称为n型半导体。
8. 半导体内载流子三种运动: 载流子扩散运动, 载流子热运动和载流子漂移运动。
9. 双极晶体管有多少个电极、 结和类型？电极名称分别是什么？类型名称分别是什么？P46
答: 有三电极和两个pn结、 两种类型。电极名称: 发射极、 基极、 集电极。
类型名称: pnp、 npn.
10. 场效应管（FET）两种基础类型是什么？她们之间关键区分是什么？P50
答: 结型（JFET）和金属-氧化物型（MOSFET）半导体。
区分是: MOSFET作为场效应晶体管输入端栅极由一层薄介质与晶体管其她两极绝缘。JFET栅极实际上同晶体管其她电极形成物理pn结。
11. 半导体级硅有多纯？P64 答: 9个9
12.多晶: 晶胞不是有规律地排列
单晶: 晶胞在三维方向上整齐地反复排列
13.什么是晶体缺点？P73
答: 晶体缺点指是在反复排列晶胞结构中出现任何中止。研究晶体缺点是非常关键, 因为它对半导体电学特征有破坏作用。在硅中关键存在三种普遍缺点形式:
点缺点: 原子层面局部缺点, 包含空位缺点、 间隙原子缺点和Frenkel缺点
位错: 错位晶胞
层错: 晶体结构缺点
14. 什么是物质四种形态？试分别描述之。P87
答: 固体, 物质存在一个状态。与液体和气体相比固体有比较固定体积和形状、 质地比较坚硬。
液体, 四大物质状态之一, 没有确定形状, 但有一定体积, 含有移动与转动等运动性。气体, 无形状无体积可变形可流动流体。气体是物质一个态。
等离子体（电离气体）, 一个中性、 高能量、 离子化气体, 包含中性原子或分子、 带电离子和自由电子。
15. 吸收和吸附之间有什么不一样？P91-92
答: 吸收:物质吸收其她实物或能量过程。气体被液体或固体吸收, 或液体被固体所吸收。在吸收过程中, 一个物质将另一个物质吸进体内与其融和或化合。吸收是气体或液体进入其她材料关键方法.
吸附是气体或液体被束缚在固体表面, 被吸附分子经过化学束缚或者物理吸引这么弱束缚黏在物体表面。
16. 什么是酸？列出在硅片厂中常见三种酸。P95
答: 酸是一个包含氢而且氢在水中裂解形成水合氢离子H3O+溶液。硅片厂中常见酸有HF,HCL, H2SO4, HNO3, H3PO4
17. 什么是碱？列出在硅片厂中常见三种碱。P96
答;碱是一类含有OH根化合物, 在溶液中发生水解生成氢氧根离子OH-。硅片厂中常见碱有NaOH, NH4OH, KOH
18. 什么是溶剂？列出在硅片厂中常见三种溶剂。P97
答;溶剂是一个能够溶解其她物质形成溶液物质。硅片厂中常见溶剂有: 去离子水, 异丙醇、 三氯乙烯、 丙酮、 二甲苯
19. 说明五类净化间沾污。P107
答: 沾污指是半导体制造过程中引入半导体硅片任何危害芯片成品率及电学性能不期望有物质。
净化间沾污有: 颗粒、 金属杂质、 有机物沾污、 自然氧化层、 静电释放。
20. 什么是等离子体？它对工艺腔有什么益处？P181
答: 等离子体是一个中性、 高能量、 离子化气体, 包含中性原子或分子、 带电离子和自由电子。等离子体能够提供发生在硅表面气体反应所需要大部分能量, 所以被广泛应用于晶片制造各个步骤; 另一个应用是经过等离子体刻蚀选择性去除金属。
21. 硅片中氧化膜用途: 1、 器件保护和隔离2、 表面钝化3、 栅氧电介质4、 掺杂阻挡
5、 金属层间介质层
22. 假如热生长氧化层厚度为0A, 那么硅消耗多少？9200A. P215
答: 硅损耗率为46%: 0×0.46=9200（A）
23. 氧化生长模式215
答; 干氧法: 硅直接暴露在高纯氧高温气氛中氧化生长氧化层
湿氧法: 携带水蒸气氧气替换干氧, 氧化生长中, 会生成二氧化硅薄膜和氢气, 氢气会被束缚在固态二氧化硅层中, 使得氧化层密度比干氧小, 且反应愈加快。
24. 什么是快速热处理（RTP）？相比于传统炉其6大优点是什么？P228
答;快速热处理是在非常短时间内将单个硅片加热至400~1300℃温度范围内一个方法;
优点: 1、 温度均匀性好2、 杂质运动最小3、 硅片间反复性4、 产量高5、 因为快速加 热产生应力, 增加了强度6、 有利于绝对温度测量
25. 什么是薄膜？列举并描述可接收薄膜8个特征。P242
答; 薄膜是指一个在衬底上生长薄固体物质。假如一个固体物质含有三维尺寸, 那么薄膜是指某一维（通常是厚度）远远小于另外两维上尺寸。
特征: 1、 好台阶覆盖能力2、 填充高深宽比间隙能力3、 好厚度均匀性4、 高纯度和 高密度5、 受控制化学剂量6、 高度结构完整性和低膜应力7、 好电学特征8、 对衬底材料或下层膜好粘附性
26. 列举并描述薄膜生长三个阶段。P244
答; 晶核形成, 成束稳定小晶核形成, 晶核形成于硅片表面, 是深入生长基础
聚集成束, 也称为岛生长, 生长岛束按表面迁移率和束密度来生长。
形成连续膜, 岛束聚集成固态膜层并延伸铺满衬底表面。
27.化学气相淀积（CVD）: 经过气体混合化学反应在硅片表面淀积一层固体膜工艺.
28.并描述CVD反应中8个步骤。P247
答; 1、 气体传输至淀积区域: 反应气体充反应腔入口区域流动到硅片表面淀积区域;
2、 膜先驱物形成: 气相反应造成膜先驱物和副产物形成;
3、 膜先驱物附着在硅片表面: 大量膜先驱物运输到硅片表面;
4、 膜先驱物粘附: 膜先驱物粘附在硅片表面
5、 膜先驱物扩散: 膜先驱物向膜生长区域表面扩散;
6、 表面反应: 表面化学反应造成膜淀积和副产物生成;
7、 副产物从表面移除: 吸附表面反应副产物;
8、 副产物从反应表面腔移除: 反应副产物从淀积区域随气流流动到反应腔出口并排出。
29. 什么是外延？解释自掺杂和外扩散。P267
答; 外延就是在单晶衬底上淀积一层薄单晶层, 新淀积这层称为外延层。
自掺杂: 掺杂杂质从衬底蒸发, 或者是因为淀积过程中氯对硅片表面腐蚀而自发进行一个掺杂不均匀现象。
外扩散: 衬底作为掺杂杂质源扩散到外延层一个不规则掺杂形式, 称为外扩散。
30. 分辨率: 光刻中一个关键性能指标, 是将硅片上两个邻近特征图形区分开来能力。
31. 描述非晶材料。为何这种硅不能用于硅片？P65
答: 非晶材料指是非晶固体材料, 它们没有反复结构, 而且在原子级结构上表现是杂乱结构。非晶硅对生产半导体器件所需硅片来讲是没有任何用处, 这是因为器件很多电学和机械性质都与它原子级结构相关, 这就要求反复性结构使得芯片与芯片之间性能有反复性。
32. 解释负性和正性光刻区分。P314
答; 负性光刻: 是把与掩膜板上相反图形复制到硅片表面, 曝光后, 光刻胶会因交联而变得不可溶解, 并会硬化, 交联光刻胶便不能在溶剂中被洗掉, 是光刻胶上图形与投影掩膜板上图形相反。
正性光刻: 是把与掩膜板上相同图形复制到硅片上, 曝光后区域经历一个光化学反应, 使得其在显影液中软化并能够溶解, 形成光刻胶图形与投影掩膜板上相同。
二者区分在于光刻胶种类不一样。
33.列出光刻8个步骤, 并对每一步做出简明解释。P316
答: 1、 气相成底膜处理: 目是增强硅片和光刻胶之间粘附性;
2、 旋转涂胶: 采取旋转方法使得所涂光刻胶较为均匀;
3、 软烘: 目是去除光刻胶中溶剂;
4、 对准和曝光: 目是将掩膜板上图形转移到涂胶硅片上, 且光能激活光刻胶中光敏成份;
5、 曝光后烘培: 对紫外光刻胶在100到110度之间进行烘培。紧随在光刻胶曝光以后;
6、 显影: 硅片表面光刻胶中产生图形关键步骤, 将光刻胶上可溶解区域被化学显影剂溶解, 将可见图形留在硅片表面;
7、 坚膜烘培: 显影后热烘指就是坚膜烘培, 目在于挥发掉存留光刻胶溶剂, 提升光刻胶对硅片表面粘附性;
8、 显影后检验: 目在于去顶光刻图形质量。
34. 列出并解释两种形式光波干涉。P344
答: 相长干涉, 两列波相位相同相互相加
相消干涉, 两列波相位不一样相互相减
35. 什么是空间相干？为何在光刻中控制它？P348
答: 光是一个电磁波, 在传输过程中, 含有相同相位不一样光波在交汇点含有空间相干。空间相关能够经过光学系统加以控制, 使图像中可能形成干涉图像最小。假如不控制, 在光刻胶上干涉结果看起来可能是亮暗点粒状图形, 被称做斑纹。
36. 什么是数值孔径？陈说它公式, 包含近似公式。P353
答;透镜搜集衍射光能力称之为透镜数值孔径。透镜数值孔径越大, 其成像质量越高。其公式为NA=nsinθ=nr/f
其中n为图像介质折射率, θ为主光轴与透镜边缘夹角, r为透镜半径, f为透镜焦距
37. 什么是抗反射涂层, 它是怎样减小驻波？P354
答; 抗反射涂层: 曝光光线经过投影掩膜板后再光刻胶上形成图案, 在光刻胶下面最终要被刻蚀形成图案底层薄膜, 在这层薄膜上涂上反光涂层, 就称为抗反射涂层。
抗反射涂层经过抑制曝光光束降低不想要光反射, 从而避免了入射光波与反射光波之间干涉, 抑制了驻波产生。
38. 陈说分辨率公式。影响光刻分辨率三个参数是什么？计算扫描光刻机分辨率, 假设波长是248nm, NA是0.65, k是0.6。 P358
答: 在光刻中, 分辨率定义为清楚分辨出硅片上间隔很近特征图像能力。分辨率对任何光学系统都是一个关键参数, 而且对光刻非常关键, 因为我们需要在硅片上制造出极小器件尺寸。分辨率公式R为: k 表示工艺因子, 范围是0.6~0.8, λ为光源波长, NA为曝光光学系统数值孔径。所以, 影响光刻分辨率三个参数为波长、 数值孔径和工艺因子。
39. 给出焦深和焦面定义。写出计算焦深公式。P359
答: 焦点周围一个范围, 在这个范围内图像连续地保持清楚, 这个范围被称为焦深, 也称为景深。焦点是沿透镜中心出现最好图像点。焦深是焦点上面和下面范围, 在该范围内能量相对为常量。焦深方程为 ( 在光刻中, 对图像质量起关键作用两个原因是分辨率和焦深。当数值孔径增加后, 透镜就能够捕捉更多光学细节而且系统分辨能力也增加了, 对应地焦深就会减小。增加图像分辨率对亚微米特征尺寸是必需, 然而, 焦深减小结果是严重缩减了光学系统工艺宽容度。所以在半导体制造中, 既要取得愈加好分辨率来形成关键尺寸图形, 又要保持适宜焦深。)
40. 刻蚀工艺有哪两种类型？简明描述各类刻蚀工艺。P405
答: 两种基础刻蚀工艺: 干法刻蚀和湿法腐蚀。
干法刻蚀是把硅片表面暴露于气态中产生等离子体, 等离子体经过光刻胶中开出窗口, 与硅片发生物理或化学反应, 从而去掉曝露表面材料。是亚微米尺寸下刻蚀器件最关键方法。
湿法腐蚀, 利用液体化学试剂（比如酸、 碱、 溶剂）以化学方法去除硅片表面材料。通常适适用于尺寸较大情况。
41. 讨论刻蚀残留物, 她们为何产生以及要怎样去除？P410
答: 刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面不想要材料, 关键覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形底部。
它产生有多个原因, 比如被刻蚀膜层中污染物、 选择了不适宜化学刻蚀剂、 腔体中污染物、 膜层中不均匀杂质分布。
刻蚀残留物是IC制造过程中硅片污染源, 并能在去除光刻胶过程中带来部分问题。为了去除刻蚀残留物, 有时在刻蚀完成后会进行过刻蚀。在部分情况下, 刻蚀残留物能够在去除光刻胶过程中或用湿法化学腐蚀去掉。
42. 什么是刻蚀中等离子体诱导损伤, 以及这些损伤带来什么问题? P411
答: 包含带能离子、 电子和激发分子等离子体可引发对硅片上敏感器件引发等离子体诱导损伤。一个关键损伤是非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷阱电荷, 引发薄栅氧化硅击穿。另一个器件损伤是能量离子对曝露栅氧化层轰击。在刻蚀过程中, 这种损伤在刻蚀时候能在栅电极边缘发生。
43. 倒掺杂 P466
答: 在阱同一区域内, 先采取高能量、 大剂量杂质注入, 然后采取低能量、 浅结深和小掺杂剂量注入。
倒掺杂技术使得源漏极在 衬底深处掺杂浓度较大, 而表面掺杂浓度较小, 这么既确保了沟道打开时有足够载流子浓度形成电流, 又使沟道关闭时, 源漏间漏电流因为表面载流子浓度低而降低。
44. 简述离子注入 P443
答: 离子注入是经过高压离子轰击把杂质引入硅片过程, 杂质经过与硅片发生原子级高能碰撞, 才能被注入, 是一个向硅衬底中引入可控制数量杂质, 以改变其电学性能方法。它是一个物理过程, 不发生化学反应。
45. 硅片制造常见杂质. P442
答: 受主杂质: 硼、 铝、 镓、 铟;
施主杂质: 氮、 磷、 砷、 锑。
46. 列举并解释扩散三个步骤.P445
答: 硅中固态杂质热扩散需要三个步骤: 预淀积、 推进和激活。
预淀积: 在预淀积过程中, 硅片被送入高温扩散炉中, 杂质原子从源区转移到扩散炉内。然后杂质仅进入了硅片中很薄一层, 且其表面浓度是恒定。预淀积为整个扩散过程建立了浓度梯度。
推进: 这是个高温过程, 用以使淀积杂质穿过硅晶体, 在硅片中形成期望节深。
激活: 这时温度要稍微升高一点, 使杂质原子与晶格中硅原子键合。这个过程激活了杂质原子, 改变了硅电导率。

47. 杂质固溶极限P446
答: 在一定温度下, 硅能吸收杂质数量是一定, 称之为固溶度极限。
48. 什么是射程？解释能量与射程之间关系。P450
答;离子射程指是离子注入过程中, 离子穿入硅片总距离。注入机能量越高, 意味着杂质原子能穿入硅片越深, 射程就越大。
49. 描述注入过程中两种关键能量损失机制。P451
答: 50注入离子在穿行硅片过程中与硅原子发生碰撞, 造成能量损失, 并最终停止在某一深度。两个关键能量损失机制是电子阻碍和核阻碍。电子阻碍是杂质原子与靶材料电子发生反应造成。核阻碍是因为杂质原子与硅原子发生碰撞, 造成硅原子移位。
50. 离子束扩散和空间电荷中和 P458
答: 因为电荷之间相互排斥, 所以一束仅包含正电荷离子束本身是不稳定, 轻易造成离子束膨胀, 即离子束直径在行程过程中不停增大, 最终造成注入不均匀。
离子束扩大能够用二次电子中和正离子方法缓解, 被称为空间电荷中和。