硅集成设计电路-杨正春-考库选读.docx

?请描述晶圆的主要晶向和类型，画出主切变与副切边的关系示意图，并指出Bipolar和CMOS最常用的晶圆类型。(5分)答：（a）P型111 （b）N型111（c）P型100 （d）N型100Bipolar主要采用111晶圆，而CMOS主要采用P型 100晶圆。请将常用IC制造工艺归纳为四大基本工艺，并指出各包含具体工艺。（5分）答：（1）Adding：Doping, layer growth, and deposition（2）Removing：Etch, clean, and CMP（3）Patterning：photolithography（4）Heating ：Annealing, alloying, and reflow简述扩散和离子注入的概念，并对比两者的特点。（5分）答：扩散是一种材料通过另一种材料的运动，是一种化学过程。扩散发生需要两个条件：浓度差；能量。离子注入是将要扩散的杂质转换为高能离子的形式，然后注入到硅体内的一种扩散方法。离子注入与扩散的比较扩散离子注入较高的温度下进行，且需要坚硬的掩模较低温度下即可进行，对掩模的要求较低，一般的光刻胶就可以满足要求掺杂区是各向同性的掺杂区是各向异性的不能够独立的控制掺杂的浓度和掺杂的结的深度能够独立的控制掺杂的浓度和掺杂的结的深度只能用于成批的工艺生产中即可用于成批的生产工艺也可以用于单个晶片的生产工艺中解释离子注入中的沟道效应，并给出消除或减少沟道效应的工艺方法。（10）答：在单晶靶中，原子的排列是有规律和周期性的，因此靶原子对入射离子的阻止作用是各向异性的，取决于晶体的取向，因而入射离子入射方向不同将得到不同的射程。当入射离子沿某些低指数轴向的方向注入时，入 射离子有可能沿晶轴方向穿透的比较深，这种现象称为离子注入的沟道效应。入射离子进入沟道并不意味着一定发生沟道效应，只有当入射离子的入射角小于某一角度α时才会发生，这个角称为临界角。离子以小于临界角的角度注入，它在沟道中很少受到原子核的碰撞，出现沟道效应。在实际生产过程中，为了使掺杂物质在器件中的分布尽量均匀，常采取一定的措施来防止沟道效应的产生。常用的方法有： （1）使注入离子入射方向与硅晶片的晶面取向之间形成一定的角度。（2）在Si表面镀上一层非晶硅。 （3）将硅晶片表面预先用Ar离子处理使之形成非晶层或用光掩模胶涂覆。请描述集成电路制造中的三种扩散类型及各自的特点，并画出不同扩散方式对应杂质分布示意图。答：扩散类型及特点如下：（1）恒定表面源扩散：表面浓度一定下，扩散时间越长，杂质扩散距离就越深，扩散到硅片的杂质数量就越多。（2）有限表面源扩散：扩散时间越长，杂质扩散得也就越深，表面浓度越低。扩散时间相同时，扩散温度越高，杂质扩散越深。（3）两步扩散：包括预扩散和再分布两个过程，预扩散为恒定表面源扩散，而再分布过程为有限表面源扩散，实际生产应用主要采用方法。各种扩散方法对应杂质分布是示意图如下：（a）恒定表面源扩散 （b）有限表面源扩散（c）两步扩散发的预扩散和再分布请描述氧化的三种方法及其特点（5分）答：根据氧化剂的不同可以将氧化分为三种：干氧氧化，干氧氧化是指在高温下，氧气与硅反应产生二氧化硅。其特点是所得的二氧化硅重复性好，掩蔽性好，结构致密。水汽氧化，水汽氧化是指在高温下，硅与高纯水产生的蒸汽反应生成二氧化硅。其特点是所得二氧化硅均匀性和重复性较好，结构较为致密，掩蔽性基本满足。由于氢氧根在硅中扩散速度大于氧气在硅中的扩散速度，故其氧化速度比干氧氧化速度快。湿氧氧化，湿氧氧化的氧化剂是通过高纯水的氧气，这些氧气会带有一定量的水蒸气，最终是参与氧化的氧化剂除了氧气还有水蒸气。其生成的二氧化硅重复性比较差，结构疏松，掩蔽性差。氧化速度介于干氧氧化与水汽氧化之间。请简述基本光刻工艺的过程及各步骤的作用？（10分）答：光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上所规定的特定区域的操作，可以分以下步骤进行：表面准备：清洁和干燥晶圆表面；前烘?:使衬底脱水。打底胶：提高光刻胶的粘附性。涂光刻胶：在晶圆表面建立薄而均匀并且无缺陷的光刻胶膜；软烘焙：加热蒸发掉部分光刻胶溶剂，减少溶剂光敏聚合物中正常的化学反应，并提高光刻胶的粘结能力；对准和曝光：掩膜版和图形在晶圆上的精确对准和光刻胶的曝光；后烘：减小驻波效应。显影：去除可溶于显影液的部分光刻胶；硬烘焙：使溶剂继续蒸发，固化光刻胶，提高其粘结能力，从而增强其耐刻蚀性；显影目检：检查表面的对准情况和缺陷情况检查是否失真；刻蚀：在光刻胶的保护下将光刻胶的开口处晶圆顶层材料刻蚀去除；光刻胶去除：去除晶圆表层的光刻胶；最终检测：表面检查以发现刻蚀的不规则和其他问题何谓刻蚀？刻蚀速率？刻蚀的选择性？湿法刻蚀和干法