半导体集成电路制造工艺
一、集成电路的定义：集成电路是指半导体集成电路，即以半导体晶片材料为主，经热氧化工艺：干氧氧化、水汽氧化、湿氧氧化加工制造，将无源元件、有源元件和互连线集成在基片内部、表面或基片之上，执行十八、根据器件要求确定氧化方法：1、高质量氧化：干氧氧化或分压氧化；2、厚某种电子功能的微型化电路。微型化电路有集成电路、厚膜电路、薄膜电路和混合层的局部氧化或场氧化：干氧（10min）+湿氧+干氧(10min)或高压氧化；3、低表面态电路等多种形式。氧化：掺氯氧化；湿氧氧化加掺氯气氛退火或分压氧化（H2O或O2+N2 或Ar 或He 等）。二、集成电路的分类：十九、热氧化过程中硅中杂质的再分布1、硅中掺磷(1)温度一定时，水汽氧化（湿氧按电路功能分类：分为以门电路为基础的数字逻辑电路和以放大器为基础的线性电氧化）导致杂质再分布程度较大，其NS/NB 大于干氧氧化；(2)同一氧化气氛下，氧化路，还有微波集成电路和光集成电路等。温度越高，磷向硅内扩散的速度越快，表面堆积现象减小，NS/NB 趋于1。2、硅中按构成集成电路基础的晶体管分类：分为双极型集成电路和MOS型集成电路两大类。掺硼(1)温度一定时，水汽氧化（湿氧氧化）导致杂质再分布程度增大，NS/NB 小前者以双极型平面晶体管为主要器件；后者以MOS场效应晶体管为基础。于干氧氧化；(2)同一氧化气氛下，氧化温度越高，硼向硅表面扩散速度加快，补三、衡量集成电路的发展
DRAM( 3*107（集成度）, 135mm2（外型尺寸）, 0.5 μm偿了表明杂质的损耗，NS/NB 趋于1。看看运动方向（特征尺寸）, 200mm （英寸）) ，二十二、热氧化过程四、摩尔定律：IC集成度每1.5
年翻一番五、集成电路的发展展望目标：集成度↑、可靠性↑、
速度↑、功耗↓、成本↓。努力方向：线宽↓、晶片直径↑、设计技术↑六、硅微电子技术发展的几个趋势：1、单片
系统集成（SoC）System on a chip Application Specific Integrated Circuit 特定用途集成电路2、整硅片集成（WSI）3、半定制电路的
设计方法4、微电子机械系统（MEMS）5、真空微电子技术七、集成电路制造中的基本工艺技术横向加工：图形的产生与转移（又称为光刻，包括曝光、显影、刻蚀等）。纵向加工：薄膜制备（蒸发、溅射、氧化、CVD 等），掺杂（热扩散、离子注入、中子嬗变等）八、补充简要说明工艺1-1 1、氧化剂扩散穿过滞留层达到SiO2 表面，其流密度为F1 。2、氧化剂扩散穿过SiO2层达到SiO2-Si界面，流密度为F2 。3、氧化剂在Si 表面与Si 反应生成SiO2 ，流密度为F3。4、反应的副产物离开界面。二十三、CVD的薄膜及技术分类化学
气相淀积（Chemical Vapor Deposition）是指单独地或综合的利用热能、辉光放电等离子体、紫外光照射、激光照射或其它形式的能源，使气态物质在固体的热表面上发生化学反应并在该表面上淀积，形成稳定的固态物质的工艺过程二十四、CVD薄膜分类：半导体集成
电路制造中所用的薄膜材料，包括介质膜、半导体膜、导体膜以及
超导膜等，几乎都能用CVD工艺来制备。
九、扩散定义：扩散是将一定数量和一定种类的杂质掺入到硅片或其它晶体中，以改介质膜：SiO2、Al2O3、半导体：Si、Ge、导体：Al、Au、超导体：Nb3Sn、NbN、变其电学性质，并使掺入的杂质数量和分布情况都满足要求CVD技术分类：常压CVD APCVD、低压CVD LPCVD、等离子体增强CVD PECVD、光-CVD
dN(x,t)电学特性：N型，P型PCVD
J(x,t)??D
十、费克第一定律：dx 含义:在一维情况下，单位时间内垂直扩散二十五、VLSI对图形转移的要求：通过单位面积的粒子数——即扩散粒子流密度J( x, t )与粒子的浓度梯度成
正比式中负号表示扩散是由高浓度处向低浓度处进行；比例常数D 是粒子的扩散系数（取决于粒子本身的性质和扩散条件）；D的大小直接表征着该种粒子扩散的快慢。发生扩散的必要条件是扩散的粒子具有浓度梯度. 对于半导体中杂质原子的扩散，大量事实证明，扩散系数D与温度T（K）之间有如下指数关系：D = D∞e —ΔE/kT 十一、杂质原子扩散到半导体中的方式有两种扩：间隙式，替位式
2 式中假定D 十二、扩散方程（费克第二定律）? N ( x , t ) ? N(x,t)
?D为常数，与杂质浓刻蚀转移图形的三种常见情况
?t?x度N( x, t )无关，x 和t 分别表示位置和扩散时间。针对不
同边界条件求出方程（2-8）1、图形转移的保真度要高，设纵向刻蚀速率为vv，横向刻蚀速率为vl。刻蚀的各的解，可得出杂质浓度
N的分布，即N与x 和t 的关系。向异性表示为：
十三、半导体中杂质原子扩散的浓度分布：恒定表面浓度的扩散特点：在整个扩散
（7.1）过程中，杂质不断进入硅中，而表面杂质浓度始终保持不变。边界条件1：N（0, t）= Ns （2-9）
（7.2）假定杂质在硅片内要扩散的深度远小于硅片的厚度，则(1)若vl = 0，A = 0，表明刻蚀仅沿深度方向进行，图形转移中失真畸变最小，即各边界条件2：N（∞, t）= 0
（2-10）向异性，如图7.1(a)；
在扩散开始时，除了硅片表面与杂质源相接触，其浓度为Ns 外，硅片内没有(2)若vv =vl，A = 1，表示不同方向刻蚀特性相同，图形转移中失真畸变最大，即各杂质扩进，因而初始条件为：N（x, 0）= 0 x > 0 （2-11）向同性；
x 由上述边界条件与初始条件可求出扩散方程（2-7）的解，即恒定表面源扩散(3)通常vv ? vl，1>A>0，如图7.1(b)、(c)，刻蚀同时在纵向、横向进行
?22Dt??2??x?各向异性是图形转移中保真程度的反映
的杂质分布情况：?N(x,t)?Ned??NSerfc??S?1??0 ?2Dt? 2、选择比大（即被刻蚀材料与掩蔽材料的刻蚀速率比尽可能大）??
3、均匀性好上式中：Ns 代表表面杂质恒定浓度（原子/cm3），D代
表扩散系数（cm2/s），x 是由表大面积硅片上生长的薄膜厚度的不均匀和各个部位刻蚀速率的不均匀将导致面算起的垂直距离（cm），t 代表扩散时间(s) ，erfc表示余误差函数。刻蚀图形转移的不均匀性
?圆筒型
?等离子腐蚀
?平行平板电极型
干法刻蚀?反应离子腐蚀?离子束腐蚀腐蚀方法：（1 自由基或自由基+活性离子(2)反应离子腐蚀反应物3离子束腐蚀反应物非活性离子恒定表面源扩散（图2.1）的主要特点如下：二十七、平行平板型反应器（1）表面杂质浓度Ns由该杂质在扩散温度下（900℃~1200℃）的固溶度决定，该结构特点：（1）上下电极彼此平行，间距2~5cm，电场均匀地分布在平行在恒定扩散温度下，表面杂质浓度维持不变。极板之间，电场中的离子垂直硅片表面作定向运动，使腐蚀具有各向异性的特点；（2）（2）扩散时间越长，扩散温度越高，扩散进硅片内的杂质数量越多。具有腐蚀速率高，选择性好，设备简单，成本低等特点。（3）扩散时间越长，温度越高，扩散深度越大
2通过表面的原子流密度为：?x/4Dts
x?0x?0s 式子含义：J（0 , t）越大，则意味着扩散越快。（1）随着扩散时间的推移，扩散速度将越来越慢，原因在于开始时杂质浓度梯度较大而后来浓度逐渐变小；（2）表面浓度Ns越大，扩散越
快，因为Ns的增大将使浓度梯度提高；（3）提高扩散温度，扩散系数增加，因而扩散速度也增大。
有限表面源扩散
扩散开始时，表面放入一定量的杂质等离子腐蚀性能：腐蚀速率，腐蚀均匀性，负载效应源，而在以后的扩散过程中不再有杂质加入，此种扩散称为有限源扩散。二十八、反应离子刻蚀RIE 刻蚀装置：有限源扩散的特点如下：（1）杂质分布：由图可见，扩散时间越长，杂质扩散得越深，表面浓度越低；扩散时间相同时，扩散温度越高，杂质扩散得也越深，表面浓度下降得越多；（2）在整个扩散过程中，杂质总量Q保持不变。图中各条曲线下面所包围的面积即杂质的数量，且相等；（3）表面杂质浓度可控两步扩散：第一步称为预扩散或预淀积，第二步称为主扩散或再分布
十四、电场效应：在高温扩散下，掺入到硅中的杂质一般处于电离状态，离化的施主和电子，或离化的受主与空穴将同时向低浓度区扩散。因电子或空穴的运动速度比离化杂质快得多，因而在硅中将产生空间电荷区，建立一个自建场，使离化杂质产生特点（1）化学反应与物理反应相结合，产生各向异性腐蚀，刻蚀效果好；（2）一个与扩散方向相同的漂移运动，从而加速了杂质的扩散。RIE的反应气压极低
发射区推进效应：在NPN窄基区晶体管中，若基区和发射区分别扩散B、P，则发射二十九、金属化工艺的作用：金属化系统和金属化工艺的优劣将影响整个电路的电特区正下方的内基区要比外基
区深，该现象称为发射区陷落效应。为避免此现象发生，性和可靠性。为提高电路速度与集成度，应可能缩短互连线，采用多层金属化系统。发射区应采用As 扩散，或采用多晶硅发射极三十、金属-半导体接触：肖特基接触，当金属的功函数?M大于N型半导体的功十五、杂质扩散方法很多，按所用杂质源的形式来分，可有固态源扩散、液态源扩散、函数?SN或小于P型半导体的功函数?SP 时，两者接触为肖特基接触，即整流接触气态源扩散；按所用扩散系统的形式来分，有开管式扩散、闭管式扩散以及箱法扩散。（具有单向导电性）；欧姆接触流过金属-半导体接触区的电流随电压成正比关系，近杂质的扩散主要有：硼扩散，磷扩散，砷扩散，锑扩散。似服从欧姆定律。其主要特点是：引线孔处接触电阻上的电压降与硅体内的电压降相十六、结深的测量：测量结深的方法主要有磨角法、磨槽法和光干涉法。具体看PPT比可忽略形成欧姆接触的措施：（1）半导体高掺杂；工艺2，3 （2）适当选取金属电极（如Pt、Ti 等），使得与半导体接触的势垒较低。十七、§3.1 离子注入设备三十一、蒸发工艺流程（蒸铝膜）1、离子源：用于离化杂质的容器，有阴阳两个电极，阴极接地，阳极接高压（约1000V）。（a）挂铝丝（99.99%纯度）并放置硅在衬底加热器上，转动活动挡板，使之位于蒸常用的杂质源为PH3 、B2H3 、BF2 、AsH3 等。2、质量分析器：由相互垂直的电场发源与硅片之间，盖好钟罩；（b）抽真空：开动机械泵，打开低真空阀，待真空度和磁场组成。不同离子的质量不同，则在分析器中偏转的角度不同，由此可分离出所高于1.3Pa后，
转到扩散泵抽高真空；（c）硅片加热：当真空度抽到6.7?10-3Pa后，需的杂质离子，且离子束很纯。3、加速器：为高压静电场，用来对离子束加速。该开始加温。使衬底温度升到400℃，恒温数分钟以除去硅片表面吸附的污物，然后降温；加速能量是决定离子注入深度的一个重要参量。4、中性束偏移器：利用偏移电极和（d）蒸发：衬底温度降至150℃且真空度达到6.7?10-3Pa以上，逐步加热蒸发源使偏移角度使中性原子分离出去。5、聚焦系统：用来将加速后的离子聚集成直径为数之熔化后附在钨丝上，先使铝中高蒸汽压杂质挥发掉（提高铝的纯度），然后迅速增大毫米的离子束。6、偏转扫描系统：用来实现离子束在X、Y方向的一定面积内进行扫加热电流到一定值，打开挡板，蒸发铝到硅片上。蒸发完毕转回挡板，并停止蒸发源描。7、工作室：放置样品的地方，其位置可调。加热；（e）取片：待硅片温度降至150℃以下，关闭高真空阀，关闭扩散泵电源，对真空室放气，打开钟罩，取出硅片。三十二、金属化互连线系统分为两大类：(1)铝为主的金属化系统(2)以金为主的金属化互连?
?
J(0,t)??D
?N(x,t)
?x
?
DN
Dt
e?N
D?t
互连线在接触孔处的纵向结构
电迁移现象：导电材料的质量输运现象，是由在外加电场影响下导体内运动的电子，将其动能传给正金属离子所引起的
三十三、钝化膜及介质膜可分为无机玻璃及有机高分子两大类：氧化物SiO2 , Al2O3 TiO2 , ZrO2 Fe2O3 ,SixOy (SIPOS)无
机硅酸盐PSG , BSG , BPSG
玻
氮化物Si3N4 , SixNyH , BN AlN , GaN
璃
氢化物Si:H
有合成树脂聚酰亚胺类，聚硅氧烷类
机
合成橡胶硅酮橡胶高
三十四、SiO2膜在半导体器件中的主要用途1、SiO2
膜用作选择扩散掩膜
利用SiO2对磷、硼、砷等杂质较强的掩蔽能力，通过在硅上的二氧化硅层窗口区向硅中扩散杂质，可形成PN结。
2、SiO2膜用作器件表面保护层和钝化层
（1）热生长SiO2电阻率在1015?.cm以上，介电强度不低于5?106
V/cm,具有良好的绝缘性能，作表面一次钝化；
（2）芯片金属布线完成后，用CVD-SiO2作器件的二次钝化，其工艺温度不能超过布线金属与硅的合金温度。
3、作器件中的绝缘介质（隔离、绝缘栅、多层布线绝缘、电容介质等）
4、离子注入中用作掩蔽层及缓冲介质层三十五、钝化膜结构双层结构1、SiO2-PSG结构2、SiO2-Si3N4结构3、SiO2-Al2O3结构
三十六、隔离方法：1、反向PN结进行隔离；2、采用氧化物（SiO2）进行隔离。
由图写出哪里是反向PN结进行隔离，哪里是采用氧化物（SiO2）进行隔离。二极管的结构图（最后一个）：
三十七、寄生MOS管的形成：MOS管可以利用自身的PN结实现电学隔离。但如果在两个MOS管之间有一金属导线通过，那就会形成一寄生MOS管
解决措施：在各MOS管之间设法生长出一比较厚的二氧化硅层，使它们在横向上完全隔离。这一较厚氧化层的存在，使寄生MOS管的值电压升高了。寄生MOS管的值电压可以设计成高于电路中的电源电压，由于通常电路中金属导线上的电压不会大于电源电压，所以此寄生MOS管就永远处于关闭状态，因而起到横向隔离作用三十八、缺陷分类：1、按照危害性分类：致命缺陷，非致命缺陷；缺陷控制的重点是减少致命缺陷。2、按照缺陷的形态分类：根据其具体形态，可分为很多种类，比如微尘、残留、短路、晶格缺损、
刮伤等等
三十九、缺陷的来源：1、原材料：包括硅片（wafer）,气体，纯水，化学药品。2、外在环境：包含洁净室，传送系统与程序。3、操作人员：包含操作人员以及无尘衣，手套等。
4、工艺设备：零件老化与制程反应中所产生的副生成物。
四十、缺陷检测原理：在若干个同样的芯片上，采用点对点比较的方式将不同的部分找出来，通过这种方式将芯片上缺陷点的位置定位出来。
四十一、缺陷控制方法：1、定期对设备做清理及保养2、日常用空白片抽检3、抽检产品概念：
外延生长技术：就是在一定条件下，在经过切、磨、抛、等仔细加工的单晶衬底上，生长一层合乎要求的单晶层的方法。
热氧化：对硅片进行热氧化以形成二氧化硅薄膜的过程扩散（掺杂）：是将一定数量和一定种类的杂质掺入到硅片或其它晶体中，以改变其电学性质，并使掺入的杂质数量和分布情况都满足要求离子注入：是另一种对半导体进行掺杂的方法
金属化工艺：是根据集成电路的设计要求，将各种晶体管、二极管、电阻、电容等元器件用金属薄膜线条（互连线）连接起来，形成一个完整的电路与系统，并提供与外电源相连接的接点
光刻：通过制作掩模板，将集成电路结构图转移到晶圆上的工艺刻蚀：把经过曝光、显影后的光刻胶微细图形中下层材料裸露部分去掉，在下层材料中重现与光刻胶相同的图形的工艺
表面钝化：就是通过一些特殊的工艺环节，在半导体表面淀积生长绝缘薄膜，以尽可能减少外界对半导体表面的影响从而使集成电路性能稳定。缺陷（Defect）是指晶圆上存在的有形污染与不完美, ,
,
a-
一、填空题（30分=1分*30）10题/章 晶圆制备 1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（GSG ），有时也被称为（电子级硅）。2．单晶硅生长常用（CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。 3．晶圆的英文是（wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。 4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是（单晶生长）、整型、（切片）、磨片倒角、刻蚀、（抛光）、清洗、检查和包装。 5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（100 ）、（110 ）和（111 ）。 6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有正确晶向的）并且（被掺杂成p型或n型）的固体硅锭。 7．CZ直拉法的目的是（实现均匀掺杂的同时并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径并且限制杂质引入到硅中）。影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。 8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。 9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。 氧化 10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。 11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。 12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。 13．用于热工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。 14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（STI ）。15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（）、退火和合金。 17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。 18．热氧化的目标是按照（）要求生长（）、（）的二氧化硅薄膜。19．立式炉的工艺腔或炉管是对硅片加热的场所，它由垂直的（石英工艺腔）、（加热器）和（石英舟）组成。 淀积 20．目前常用的CVD系统有：（APCVD ）、（LPCVD ）和（PECVD ）。 21．淀积膜的过程有三个不同的阶段。第一步是（晶核形成），第二步是（聚焦成束），第三步是（汇聚成膜）。 22．缩略语PECVD、LPCVD、HDPCVD和APCVD的中文名称分别是（等离子体增强化学气相淀积）、（低压化学气相淀积）、高密度等离子体化学气相淀积、和（常压化学气相淀积）。 23．在外延工艺中，如果膜和衬底材料（相同），例如硅衬底上长硅膜，这样的膜生长称为（同质外延）；反之，膜和衬底材料不一致的情况，例如硅衬底上长氧化铝，则称为（异质外延）。
半导体集成电路制造工艺 一、集成电路的定义：集成电路是指半导体集成电路，即以半导体晶片材料为主，经热氧化工艺：干氧氧化、水汽氧化、湿氧氧化加工制造，将无源元件、有源元件和互连线集成在基片内部、表面或基片之上，执行十八、根据器件要求确定氧化方法：1、高质量氧化：干氧氧化或分压氧化；2、厚某种电子功能的微型化电路。微型化电路有集成电路、厚膜电路、薄膜电路和混合层的局部氧化或场氧化：干氧（10min）+湿氧+干氧(10min)或高压氧化；3、低表面态电路等多种形式。氧化：掺氯氧化；湿氧氧化加掺氯气氛退火或分压氧化（H2O或O2+N2 或Ar 或He 等）。二、集成电路的分类：十九、热氧化过程中硅中杂质的再分布1、硅中掺磷(1)温度一定时，水汽氧化（湿氧按电路功能分类：分为以门电路为基础的数字逻辑电路和以放大器为基础的线性电氧化）导致杂质再分布程度较大，其NS/NB 大于干氧氧化；(2)同一氧化气氛下，氧化路，还有微波集成电路和光集成电路等。温度越高，磷向硅内扩散的速度越快，表面堆积现象减小，NS/NB 趋于1。2、硅中按构成集成电路基础的晶体管分类：分为双极型集成电路和MOS型集成电路两大类。掺硼(1)温度一定时，水汽氧化（湿氧氧化）导致杂质再分布程度增大，NS/NB 小前者以双极型平面晶体管为主要器件；后者以MOS场效应晶体管为基础。于干氧氧化；(2)同一氧化气氛下，氧化温度越高，硼向硅表面扩散速度加快，补三、衡量集成电路的发展
DRAM( 3*107（集成度）, 135mm2（外型尺寸）, 0.5 μm偿了表明杂质的损耗，NS/NB 趋于1。看看运动方向（特征尺寸）, 200mm （英寸）) ，二十二、热氧化过程四、摩尔定律：IC集成度每1.5 年翻一番五、集成电路的发展展望目标：集成度↑、可靠性↑、 速度↑、功耗↓、成本↓。努力方向：线宽↓、晶片直径↑、设计技术↑六、硅微电子技术发展的几个趋势：1、单片 系统集成（SoC）System on a chip Application Specific Integrated Circuit 特定用途集成电路2、整硅片集成（WSI）3、半定制电路的 设计方法4、微电子机械系统（MEMS）5、真空微电子技术七、集成电路制造中的基本工艺技术横向加工：图形的产生与转移（又称为光刻，包括曝光、显影、刻蚀等）。纵向加工：薄膜制备（蒸发、溅射、氧化、CVD 等），掺杂（热扩散、离子注入、中子嬗变等）八、补充简要说明工艺1-1 1、氧化剂扩散穿过滞留层达到SiO2 表面，其流密度为F1 。2、氧化剂扩散穿过SiO2层达到SiO2-Si界面，流密度为F2 。3、氧化剂在Si 表面与Si 反应生成SiO2 ，流密度为F3。4、反应的副产物离开界面。二十三、CVD的薄膜及技术分类化学 气相淀积（Chemical Vapor Deposition）是指单独地或综合的利用热能、辉光放电等离子体、紫外光照射、激光照射或其它形式的能源，使气态物质在固体的热表面上发生化学反应并在该表面上淀积，形成稳定的固态物质的工艺过程二十四、CVD薄膜分类：半导体集成 电路制造中所用的薄膜材料，包括介质膜、半导体膜、导体膜以及
常用术语翻译 active region 有源区 2.active component有源器件 3.Anneal退火 4.atmospheric pressure CVD (APCVD) 常压化学气相淀积 5.BEOL（生产线）后端工序 6.BiCMOS双极CMOS 7.bonding wire 焊线，引线 8.BPSG 硼磷硅玻璃 9.channel length沟道长度 10.chemical vapor deposition (CVD) 化学气相淀积 11.chemical mechanical planarization (CMP)化学机械平坦化 12.damascene 大马士革工艺 13.deposition淀积 14.diffusion 扩散 15.dopant concentration掺杂浓度 16.dry oxidation 干法氧化 17.epitaxial layer 外延层 18.etch rate 刻蚀速率 19.fabrication制造 20.gate oxide 栅氧化硅 21.IC reliability 集成电路可靠性
22.interlayer dielectric 层间介质（ILD） 23.ion implanter 离子注入机 24.magnetron sputtering 磁控溅射 25.metalorganic CVD(MOCVD)金属有机化学气相淀积 26.pc board 印刷电路板 27.plasma enhanced CVD(PECVD) 等离子体增强CVD 28.polish 抛光 29.RF sputtering 射频溅射 30.silicon on insulator绝缘体上硅（SOI） 第一章半导体产业介绍 1. 什么叫集成电路？写出集成电路发展的五个时代及晶体管的数量？(15分) 集成电路：将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能。集成电路芯片/元件数产业周期 无集成 1 1960年前 小规模(SSI) 2到50 20世纪60年代前期 中规模(MSI) 50到5000 20世纪60年代到70年代前期 大规模(LSI) 5000到10万 20世纪70年代前期到后期 超大规模(VLSI) 10万到100万 20世纪70年代后期到80年代后期甚大规模(ULSI) 大于100万 20世纪90年代后期到现在 2. 写出IC 制造的５个步骤？(15分)
1清洗 集成电路芯片生产的清洗包括硅片的清洗和工器具的清洗。由 于半导体生产污染要求非常严格，清洗工艺需要消耗大量的高纯水; 且为进行特殊过滤和纯化广泛使用化学试剂和有机溶剂。 在硅片的加工工艺中，硅片先按各自的要求放入各种药液槽进行表面化学处理，再送入清洗槽，将其表面粘附的药液清洗干净后进入下一道工序。常用的清洗方式是将硅片沉浸在液体槽内或使用液体喷雾清洗，同时为有更好的清洗效果，通常使用超声波激励和擦片措施，一般在有机溶剂清洗后立即米用无机酸将其氧化去除，最后用超纯水进行清洗，如图1-6所示。 图1-6硅片清洗工艺示意图 工具的清洗基本米用硅片清洗同样的方法。 2、热氧化 热氧化是在800~1250C高温的氧气氛围和惰性携带气体（N2）下使硅片表面的硅氧化生成二氧化硅膜的过程，产生的二氧化硅用以作为扩散、离子注入的阻挡层，或介质隔离层。典型的热氧化化学反应为： Si + O2 T SiO2
3、扩散 扩散是在硅表面掺入纯杂质原子的过程。通常是使用乙硼烷（B2H6）作为N —源和磷烷（PH3）作为P+源。工艺生产过程中通常 分为沉积源和驱赶两步，典型的化学反应为： 2PH3 —2P+3H2 4、离子注入 离子注入也是一种给硅片掺杂的过程。它的基本原理是把掺杂物质（原子）离子化后，在数千到数百万伏特电压的电场下得到加速，以较高的能量注入到硅片表面或其它薄膜中。经高温退火后，注入离子活化，起施主或受主的作用。 5、光刻 光刻包括涂胶、曝光、显影等过程。涂胶是通过硅片高速旋转在硅片表面均匀涂上光刻胶的过程；曝光是使用光刻机，并透过光掩膜版对涂胶的硅片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外，部分光刻胶得不到光照，从而改变光刻胶性质；显影是对曝光后的光刻胶进行去除，由于光照后的光刻胶 和未被光照的光刻胶将分别溶于显影液和不溶于显影液，这样就使光刻胶上 形成了沟槽。 6、湿法腐蚀和等离子刻蚀 通过光刻显影后，光刻胶下面的材料要被选择性地去除，使用的方法就
第1章 集成电路的基本制造工艺 1.6 一般TTL 集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么? 答：集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般TTL 集成电路的外延层电阻率高。 第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应 复 习 思 考 题 2.2 利用截锥体电阻公式，计算TTL “与非”门输出管的CS r 2.2 所示。 提示：先求截锥体的高度 up BL epi mc jc epi T x x T T -----= 然后利用公式： b a a b WL T r c -? = /ln 1ρ ， 2 1 2?? =--BL C E BL S C W L R r b a a b WL T r c -? = /ln 3ρ 321C C C CS r r r r ++= 注意：在计算W 、L 时, 应考虑横向扩散。 2.3 伴随一个横向PNP 器件产生两个寄生的PNP 晶体管，试问当横向PNP 器件在4种可能 的偏置情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大? 答：当横向PNP 管处于饱和状态时，会使得寄生晶体管的影响最大。 2.8 试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管，要求其在20mA 的电流负载下 ，OL V ≤0.4V ，请在坐标纸上放大500倍画出其版图。给出设计条件如下： 答： 解题思路 ⑴由0I 、α求有效发射区周长Eeff L ； ⑵由设计条件画图 ①先画发射区引线孔； ②由孔四边各距A D 画出发射区扩散孔； ③由A D 先画出基区扩散孔的三边； ④由B E D -画出基区引线孔； ⑤由A D 画出基区扩散孔的另一边；
⑥由A D 先画出外延岛的三边； ⑦由C B D -画出集电极接触孔； ⑧由A D 画出外延岛的另一边； ⑨由I d 画出隔离槽的四周； ⑩验证所画晶体管的CS r 是否满足V V OL 4.0≤的条件，若不满足，则要对所作 的图进行修正，直至满足V V OL 4.0≤的条件。（CS C OL r I V V 00 ES += 及己知 V V C 05.00ES =） 第3章 集成电路中的无源元件 复 习 思 考 题 3.3 设计一个4k Ω的基区扩散电阻及其版图。 试求： (1) 可取的电阻最小线宽min R W =?你取多少? 答：12μm (2) 粗估一下电阻长度，根据隔离框面积该电阻至少要几个弯头? 答：一个弯头 第4章 晶体管 (TTL)电路 复 习 思 考 题 4.4 某个TTL 与非门的输出低电平测试结果为 OL V =1V 。试问这个器件合格吗?上 机使用时有什么问题? 答：不合格。 4.5 试分析图题4.5所示STTL 电路在导通态和截止态时各节点的电压和电流，假定各管的 β=20, BEF V 和一般NPN 管相同， BCF V =0.55V , CES V =0.4～0.5V , 1 CES V =0.1～0.2V 。 答：（1）导通态（输出为低电平） V V B 1.21= ， V V B 55.12= ，V V B 2.13= ，V V B 5.04= ，V V B 8.05= ，
第一部分考试试题 第0章绪论 1.什么叫半导体集成电路？ 2.按照半导体集成电路的集成度来分，分为哪些类型，请同时写出它们对应的英文缩写？ 3.按照器件类型分，半导体集成电路分为哪几类？ 4.按电路功能或信号类型分，半导体集成电路分为哪几类？ 5.什么是特征尺寸？它对集成电路工艺有何影响？ 6.名词解释：集成度、wafer size、die size、摩尔定律？ 第1章集成电路的基本制造工艺 1.四层三结的结构的双极型晶体管中隐埋层的作用？ 2.在制作晶体管的时候，衬底材料电阻率的选取对器件有何影响？。 3.简单叙述一下pn结隔离的NPN晶体管的光刻步骤？ 4.简述硅栅p阱CMOS的光刻步骤？ 5.以p阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些不足？ 6.以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS的有哪些优缺点？并请提出改进方法。 7. 请画出NPN晶体管的版图，并且标注各层掺杂区域类型。 8.请画出CMOS反相器的版图，并标注各层掺杂类型和输入输出端子。 第2章集成电路中的晶体管及其寄生效应 1.简述集成双极晶体管的有源寄生效应在其各工作区能否忽略？。 2.什么是集成双极晶体管的无源寄生效应？ 3. 什么是MOS晶体管的有源寄生效应？ 4. 什么是MOS晶体管的闩锁效应，其对晶体管有什么影响? 5. 消除“Latch-up”效应的方法？ 6.如何解决MOS器件的场区寄生MOSFET效应？ 7. 如何解决MOS器件中的寄生双极晶体管效应？ 第3章集成电路中的无源元件 1.双极性集成电路中最常用的电阻器和MOS集成电路中常用的电阻都有哪些？ 2.集成电路中常用的电容有哪些。 3. 为什么基区薄层电阻需要修正。 4. 为什么新的工艺中要用铜布线取代铝布线。 5. 运用基区扩散电阻，设计一个方块电阻200欧，阻值为1K的电阻，已知耗散功率为20W/c㎡,该电阻上的压降为5V,设计此电阻。 第4章TTL电路 1.名词解释
一、填空题（每空1分，计31分） 1、工艺上用于四氯化硅的提纯方法有 吸附法 和 精馏法 。 2、在晶片表面图形形成过程中，一般通过腐蚀的方法将抗蚀膜图形转移到晶片上，腐蚀的方法有 湿法腐蚀 和 干法腐蚀 。 3、直拉法制备单晶硅的过程是：清洁处理——装炉——加热融化——拉晶，其中拉晶是最主要的工序，拉晶包括 下种 、 缩颈 、放肩、 等径生长 和收尾拉光等过程。 3、抛光是晶片表面主要的精细加工过程，抛光的主要方式有 化学抛光 、 机械抛光 和 化学机械抛光 。 4、掺杂技术包括有 热扩散 、 离子注入 、合金和中子嬗变等多种方法。 5、晶片中的锂、钠、钾等碱金属杂质，通常以 间隙式 （空位式或间隙式）扩散方式在晶片内部扩散，并且这类杂质通常称为 快扩散 （快扩散或慢扩散）杂质。 6、在有限表面源扩散中，其扩散后的杂质浓度分布函数符合 高斯分布函数 ； 而在恒定表面源扩散中，其扩散后的杂质浓度分布函数符合 余误差分布函数 。 7、在离子注入法的掺杂过程中，注入离子在非晶靶中的浓度分布函数满足对称的高斯分布，其浓度最大位于 R P 处。 8、在离子注入后，通常采用退火措施，可以消除由注入所产生的晶格损伤，常用的退火方式有 电子束退火 、 离子束退火 、 激光退火 。 9、根据分凝现象，若K 0＞1，则分凝后杂质集中在 尾部 （头部或尾部）；若K 0＜1，则杂质分凝后集中在 头部 （同上）。 10、把硅片置于氯化氢和氧气的混合气体中进行的氧化，称为 掺氯氧化 。 11、在二氧化硅的热氧化方法中，氧化速度最快的是 干氧氧化 方法。 12、氢氧合成氧化设备中，两个重要的保险装置是 氢气流量保险装置 和 温度保险装置 。 13、工艺中常用的测量二氧化硅厚度的方法有 比色法 和 椭圆偏振光法 。 14、固态源硼扩散中常用的硼源是 氮化硼 ，常用的液态磷源是 三氯氧磷 。 15、箱法扩散在工艺中重要用来进行TTL 电路 隐埋层 的锑扩散。 二、选择题（每题2分，单项多项均有，计12分） 1、 在SiO 2网络中，如果掺入了磷元素，能使网络结构变得更（ A ） （A ）疏松 （B ）紧密 （C ）视磷元素剂量而言 2、 在微电子加工环境中，进入洁净区的工作人员必须注意以下事项（A 、B 、C 、D ） （A ） 进入洁净区要先穿戴好专用净化工作服、鞋、帽。 （B ） 进入洁净区前先在风淋室风淋30秒，然后才能进入。 （C ） 每周洗工作服，洗澡、理发、剪指甲，不用化妆品。 （D ） 与工作无关的纸张、书报等杂物不得带入。 3、离子注入设备的组成部分有（A 、B 、C 、D ） （A ）离子源 （B ）质量分析器 （C ）扫描器 （D ）电子蔟射器 4、CVD 淀积法的特点有（A 、C 、D ） （A ）淀积温度比较低 （B ）吸附不会影响淀积速度 （C ）淀积材料可以直接淀积在单晶基片上 （D ）样品本身不参与化学反应 5、 工艺中消除沟道效应的措施有（A 、B 、C 、D ） （A ）增大注入剂量 （B ）增大注入速度 （C ）增加靶温 （D ）通过淀积膜注入 6、液态源硼扩散所选用的硼源有（A 、B 、C ） （A ）硼酸三甲脂 （B ）硼酸三丙脂 （C ）三溴化硼 （D ）三氯氧磷 三、判断（每题1分，计10分） 1、Ⅰ号液是碱性过氧化氢清洗液。 （ R ） 2、筛选器是用来去除杂质离子的设备。 （ R ） 3、石墨基座的清洁处理，首先用王水煮沸，再用去离子水冲洗。 （ R ） 4、注入窗口中淀积的二氧化硅薄层是起退沟道的作用。 （ R ） 5、以一般能量注入的重离子，在进入靶片中，以电子阻挡为主。 （ F ） 6、硅烷热分解法淀积中，一旦源变成黄色就不能使用。 （ R ） 7、在二氧化硅氧化膜中，可动钠离子含量要求越高越好。 （ F ） 8、二氧化硅中的宏观缺陷是指用肉眼可以直接观察到的缺陷。 （ R ） 9、氮化硼（BN ）是常用的固态硼杂质扩散源。 （ R ） 10、用四探针法可以测试扩散后的结深。 （ R ） 四、名词解释（每题5分，计20分） 1、杂质分凝 答：杂质在晶体中有一定分布，在固态中和液态中的分布又不一样，在晶体提纯时，利用杂质在晶体固态和液态的分布不一样，进行提纯，将杂质集中在晶体的头部或尾部，达到提纯的 装 订 班级 姓名 学号 成绩 － 学年第 学期 半导 第 学期 半导体制造工艺 半 导体制造工艺
晶圆制备 1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（GSG ），有时也被称为（电子级硅）。 2．单晶硅生长常用（CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。 3．晶圆的英文是（wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。 4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是整型、定向、标识。 5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（100 ）、（110 ）和（111）。 6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有确定晶向的）并且（被掺杂成p型或n型）的固体硅锭。 7．CZ直拉法的目的是（实现均匀掺杂的同时，并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径）。影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。 8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。 9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。 10.晶片需要经过切片、磨片、抛光后，得到所需晶圆。 氧化 10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。 11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。 12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。 13．用于热氧化工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。 14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（STI ）。 15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。 16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（蒸发）、退火和合金。 17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。 18．卧式炉的工艺腔或炉管是对硅片加热的场所，它由平卧的（石英工艺腔）、（加热器）和（石英舟）组成。淀积 19．目前常用的CVD系统有：（APCVD ）、（LPCVD ）和（PECVD ）。 20．淀积膜的过程有三个不同的阶段。第一步是（晶核形成），第二步是（聚焦成束），第三步是（汇聚成膜）。21．缩略语PECVD、LPCVD、HDPCVD和APCVD的中文名称分别是（等离子体增强化学气相淀积）、（低压化学气相淀积）、高密度等离子体化学气相淀积、和（常压化学气相淀积）。 22．在外延工艺中，如果膜和衬底材料（相同），例如硅衬底上长硅膜，这样的膜生长称为（同质外延）；反之，膜和衬底材料不一致的情况，例如硅衬底上长氧化铝，则称为（异质外延）。 23．化学气相淀积是通过（）的化学反应在硅片表面淀积一层（）的工艺。硅片表面及其邻近的区域被（）来向反应系统提供附加的能量。 金属化 24．金属按其在集成电路工艺中所起的作用，可划分为三大类：（）、（）和（）。 25．气体直流辉光放电分为四个区，分别是：无光放电区、汤生放电区、辉光放电区和电弧放电区。其中辉光放电区包括前期辉光放电区、（）和（），则溅射区域选择在（）。 26．集成电路工艺中利用溅射现象主要用来（），还可以用来（）。 27．对芯片互连的金属和金属合金来说，它所必备一些要求是：（导电率）、高黏附性、（淀积）、（平坦化）、可靠性、抗腐蚀性、应力等。 28．在半导体制造业中，最早的互连金属是（铝），在硅片制造业中最普通的互连金属是（铜），。 29．写出三种半导体制造业的金属和合金（Al ）、（Cu ）和（铝铜合金）。 30．阻挡层金属是一类具有（高熔点）的难熔金属，金属铝和铜的阻挡层金属分别是（W ）和（W ）。 31．被用于传统和双大马士革金属化的不同金属淀积系统是：（）、（）、（）和铜电镀。 32．溅射主要是一个（）过程，而非化学过程。在溅射过程中，（）撞击具有高纯度的靶材料固体平板，按物理过程撞击出原子。这些被撞击出的原子穿过（），最后淀积在硅片上。 平坦化 33．缩略语PSG、BPSG的中文名称分别是（）、（）。 34．列举硅片制造中用到CMP的几个例子：（）、LI氧化硅抛光、（）、（）、钨塞抛光和双大马士革铜抛光。 35．终点检测是指（CMP设备）的一种检测到平坦化工艺把材料磨到一个正确厚度的能力。两种最常用的原位终点检测技术是（电机电流终点检测）和（光学终点检测）。 36．硅片平坦化的四种类型分别是（平滑）、部分平坦化、（局部平坦化）和（全局平坦化）。 37．传统的平坦化技术有（）、（）和（）。
半导体的生产工艺流程 微机电制作技术，尤其是最大宗以硅半导体为基础的微细加工技术 (silicon-basedmicromachining)，原本就肇源于半导体组件的制程技术，所以必须先介绍清楚这类制程，以免沦于夏虫语冰的窘态。 一、洁净室 一般的机械加工是不需要洁净室(cleanroom)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁净室的来由。洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以class10为例，意谓在单位立方英呎的洁净室空间内，平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵。为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下： 1、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型 鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。 2、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统 中。换言之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。 3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆 放调配，使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。 4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。 5、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴(airshower)的程序，将表面粉尘 先行去除。 6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，为此务必严格要求进出使用人 员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内，工作人员几乎穿戴得像航天员一样。)当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。 7、除了空气外，水的使用也只能限用去离子水(DIwater,de-ionizedwater)。 一则防止水中粉粒污染晶圆，二则防止水中重金属离子，如钾、钠离子污染金氧半(MOS)晶体管结构之带电载子信道(carrierchannel)，影响半导体组件的工作特性。去离子水以电阻率(resistivity)来定义好坏，一般要求至 17.5MΩ-cm以上才算合格；为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与 UV紫外线杀菌等重重关卡，才能放行使用。由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂，其在半导体工业之使用量极为惊人！ 8、洁净室所有用得到的气源，包括吹干晶圆及机台空压所需要的，都得使 用氮气(98%)，吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮！以上八点说明是最基本的要求，另还有污水处理、废气排放的环保问题，再再需要大笔
Question Answer & PIE
PIE 1. 何谓PIE? PIE的主要工作是什幺? 答：Process Integration Engineer(工艺整合工程师), 主要工作是整合各部门的资源, 对工艺持续进行改善, 确保产品的良率（yield）稳定良好。 2. 200mm，300mm Wafer 代表何意义? 答：8吋硅片(wafer)直径为200mm , 直径为300mm硅片即12吋. 3. 目前中芯国际现有的三个工厂采用多少mm的硅片(wafer)工艺？未来北京的Fab4(四厂)采用多少mm的wafer工艺？ 答：当前1~3厂为200mm(8英寸)的wafer, 工艺水平已达0.13um工艺。未来北京厂工艺wafer将使用300mm(12英寸)。 4. 我们为何需要300mm? 答：wafer size 变大，单一wafer 上的芯片数(chip)变多，单位成本降低200→300 面积增加2.25倍,芯片数目约增加2.5倍 5. 所谓的0.13 um 的工艺能力(technology)代表的是什幺意义？ 答：是指工厂的工艺能力可以达到0.13 um的栅极线宽。当栅极的线宽做的越小时，整个器件就可以变的越小，工作速度也越快。 6. 从0.35um->0.25um->0.18um->0.15um->0.13um 的technology改变又代表的是什幺意义？ 答：栅极线的宽（该尺寸的大小代表半导体工艺水平的高低）做的越小时，工艺的难度便相对提高。从0.35um -> 0.25um -> 0.18um -> 0.15um -> 0.13um 代表着每一个阶段工艺能力的提升。 7. 一般的硅片(wafer)基材(substrate)可区分为N,P两种类型（type）,何谓N, P-type wafer? 答：N-type wafer 是指掺杂negative元素(5价电荷元素，例如：P、As)的硅片, P-type 的wafer 是指掺杂positive 元素(3价电荷元素, 例如：B、In)的硅片。 200mm300mm 8〞12〞
半导体集成电路课程教案 西安理工大学教案(首页) 学院(部):自动化学院系(所):电子工程系 1 课程代码 04110680 总学时:64 学时课程名称半导体集成电路学分 4 讲课:64 学时 上机: 0 学时必修课( ? ) 校级任选课( ) 课程类别实验:0 学时院级任选课( ) 学位课( ? ) 授课专业电子科学与技术授课班级电子、微电 任课教师高勇余宁梅杨媛乔世杰职称教授/副教授通过本课程的教学～要求学生全面掌握各种集成电路包括双极集成电路、MOS集成电路和Bi-CMOS电路的制造工艺～集成电路中元器件的结构、特性及各种寄生效应,学会分析双极IC、数字CMOS集成电路中的倒相器的电路特性～掌握一定的手算分析能力～熟悉版图,掌握静态逻辑、传输门教学目的逻辑及动态逻辑电路的工作原理及特点,了解触发器电路及存储器电路,和要求掌握模拟电路的基本子电路(如电流源～基准源等)的工作原理和特性～掌握基本运算放大器的性能分析和设计方法,掌握AD/DA电路的类型及工作原理～基本了解AD/DA变换器的设计方法。为后继专业课的学习、将来在集成电路领域从事科研和技术工作奠定良好的理论基础。教学的重点是帮助学生在电子技术的基础上建立半导体集成电路的概念。重点讲述集成电路的寄生效应、典型的TTL单元电路以及MOS集成电路的基本逻辑单元和逻辑功能部件，尤其是CMOS集成电路(由于现在的教学重集成电路主流工艺为CMOS集成电路)。难点在于掌握集成电路中的各种点、难点寄生效应，另外，集成电路的发展很快，很多最新发展状态在书本上找不到现成的东西，比如随着集成电路特征尺寸的减小带来
的一些其他二级效应，以及各种不同的新型电路结构各自的特点和原理分析计算。 (1)朱正涌，半导体集成电路，清华大学出版社社 (2)张延庆，半导体集成电路，上海科学技术出版社 (3)Jan M.Rabaey, Anantha Chandrakasan, etc. Digital Integrated Circuits数字集成电路设计透视(影印版.第二版)，清华大学出版社(译本:周润德译电子工业出版社) (4)蒋安平等译，数字集成电路分析与设计,深亚微米工艺，电子工业出版社 教材和参(5)王志功等译，CMOS数字集成电路-分析与设计(第三版)，电子工业出考书版社(原书名:CMOS Digital Integrated Circuits:Analysis and Design, Third Edition，作者:Sung-Mo Kang, Yusuf Leblebici[美]，McGraw-Hill出版社) (6)陈贵灿等译, 模拟CMOS集成电路设计, 西安交通大学出版社(原书 2 名:Design of Analog CMOS Integrated Circuits，作者:毕查德.拉扎维[美]，McGraw-Hill出版社) 西安理工大学教案(章节备课) 学时:2学时章节第0章绪论 通过本章内容学习～帮助学生建立半导体集成电路的概念～使学生了解并教学目的掌握集成电路的发展历史、现状和未来。明确本课程教学内容及教学目标～和要求提出课程要求。要求学生通过本章学习～能够明确学习目标。 重点:集成电路的概念～集成电路的发展规律～集成电路涵盖的知识点重点及集成电路的分类。难点难点: 集成电路的宏观发展与微观发展的关联。 教学内容: 1 集成电路 1.1 集成电路定义
芯片制造-半导体工艺教程 Microchip Fabrication ----A Practical Guide to Semicondutor Processing 目录: 第一章:半导体工业[1][2][3] 第二章:半导体材料和工艺化学品[1][2][3][4][5]第三章:晶圆制备[1][2][3] 第四章:芯片制造概述[1][2][3] 第五章:污染控制[1][2][3][4][5][6] 第六章:工艺良品率[1][2] 第七章:氧化 第八章:基本光刻工艺流程-从表面准备到曝光 第九章:基本光刻工艺流程-从曝光到最终检验 第十章:高级光刻工艺 第十一章:掺杂 第十二章:淀积 第十三章:金属淀积 第十四章:工艺和器件评估 第十五章:晶圆加工中的商务因素 第十六章:半导体器件和集成电路的形成 第十七章:集成电路的类型 第十八章:封装 附录:术语表
#1 第一章半导体工业--1 芯片制造-半导体工艺教程点击查看章节目录 by r53858 概述 本章通过历史简介，在世界经济中的重要性以及纵览重大技术的发展和其成为世界领导工业的发展趋势来介绍半导体工业。并将按照产品类型介绍主要生产阶段和解释晶体管结构与集成度水平。 目的 完成本章后您将能够： 1. 描述分立器件和集成电路的区别。 2. 说明术语“固态，” “平面工艺”，““N””型和“P”型半导体材料。 3. 列举出四个主要半导体工艺步骤。 4. 解释集成度和不同集成水平电路的工艺的含义。 5. 列举出半导体制造的主要工艺和器件发展趋势。 一个工业的诞生 电信号处理工业始于由Lee Deforest 在1906年发现的真空三极管。1真空三极管使得收音机, 电视和其它消费电子产品成为可能。它也是世界上第一台电子计算机的大脑，这台被称为电子数字集成器和计算器（ENIAC）的计算机于1947年在宾西法尼亚的摩尔工程学院进行首次演示。 这台电子计算机和现代的计算机大相径庭。它占据约1500平方英尺，重30吨，工作时产生大量的热，并需要一个小型发电站来供电，花费了1940年时的400, 000美元。ENIAC的制造用了19000个真空管和数千个电阻及电容器。 真空管有三个元件，由一个栅极和两个被其栅极分开的电极在玻璃密封的空间中构成(图1.2)。密封空间内部为真空，以防止元件烧毁并易于电子的====移动。 真空管有两个重要的电子功能，开关和放大。开关是指电子器件可接通和切断电流；放大则较为复杂，它是指电子器件可把接收到的信号放大，并保持信号原有特征的功能。 真空管有一系列的缺点。体积大，连接处易于变松导致真空泄漏、易碎、要求相对较多的电能来运行，并且元件老化很快。ENIAC 和其它基于真空管的计算机的主要缺点是由于真空管的烧毁而导致运行时间有限。 这些问题成为许多实验室寻找真空管替代品的动力，这个努力在1947年12月23曰得以实现。贝尔实验室的三位科学家演示了由半导体材料锗制成的电子放大器。
半导体制造工艺流程 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B PN结： 半导体元件制造过程可分为 前段（FrontEnd）制程 晶圆处理制程（WaferFabrication；简称WaferFab）、 晶圆针测制程（WaferProbe）； 後段（BackEnd） 构装（Packaging）、 测试制程（InitialTestandFinalTest） 一、晶圆处理制程 晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程，以微处理器（Microprocessor）为例，其所需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度与含尘（Particle）均需控制的无尘室（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适当的清洗（Cleaning）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。 二、晶圆针测制程 经过WaferFab之制程後，晶圆上即形成一格格的小格，我们称之为晶方或
是晶粒（Die），在一般情形下，同一片晶圆上皆制作相同的晶片，但是也有可能在同一片晶圆上制作不同规格的产品；这些晶圆必须通过晶片允收测试，晶粒将会一一经过针测（Probe）仪器以测试其电气特性，而不合格的的晶粒将会被标上记号（InkDot），此程序即称之为晶圆针测制程（WaferProbe）。然後晶圆将依晶粒为单位分割成一粒粒独立的晶粒 三、IC构装制程 IC構裝製程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路目的：是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。 半导体制造工艺分类 半导体制造工艺分类 一双极型IC的基本制造工艺： A在元器件间要做电隔离区（PN结隔离、全介质隔离及PN结介质混合隔离） ECL（不掺金）（非饱和型）、TTL/DTL（饱和型）、STTL（饱和型）B在元器件间自然隔离 I2L（饱和型） 半导体制造工艺分类 二MOSIC的基本制造工艺： 根据栅工艺分类 A铝栅工艺 B硅栅工艺
杭州电子科技大学研究生考试卷（B卷）
1、什么是CMOS器件的闩锁效应？描述三种阻止闩锁效应的制造技术。（12分） 答：闩锁效应就是指CMOS器件所固有的寄生双极晶体管（又称寄生可控硅，简称SCR）被触发导通，在电源和地之间形成低阻抗大电流的通路，导致器件无法正常工作，甚至烧毁器件的现象。这种寄生双极晶体管存在CMOS器件内的各个部分，包括输入端、输出端、内部反相器等。当外来干扰噪声使某个寄生晶体管被触发导通时，就可能诱发闩锁，这种外来干扰噪声常常是随机的，如电源的浪涌脉冲、静电放电、辐射等。闩锁效应往往发生在芯片中某一局部区域，有两种情况：一种是闩锁只发生在外围与输入、输出有关的地方，另一种是闩锁可能发生在芯片的任何地方，在使用中前一种情况遇到较多。 2、为什么要用区熔法生长硅晶体？比较FZ和CZ优缺点。（10分） 答：（1）原因：因为区熔法可以得到低至1011cm-1的载流子浓度。区熔生长技术的基本特点是样品的熔化部分是完全由固体部分支撑的，不需要坩埚。柱状的高纯多晶材料固定于卡盘，一个金属线圈沿多晶长度方向缓慢移动并通过柱状多晶，在金属线圈中通过高功率的射频电流，射频功率技法的电磁场将在多晶柱中引起涡流，产生焦耳热，通过调整线圈功率，可以使得多晶柱紧邻线圈的部分熔化，线圈移过后，熔料在结晶为为单晶。另一种使晶柱局部熔化的方法是使用聚焦电子束。整个区熔生长装置可置于真空系统中，或者有保护气氛的封闭腔室内 （2）CZ和FZ区别：CZ是直拉法，就是首先把多晶硅置于坩埚内加热熔化，然后采用小的结晶“种子”——籽晶，再慢慢向上提升、结晶，获得大的单晶锭。 （3）CZ和FZ优缺点比较：FZ是水平区域熔化生长法，就是水平放置、采用感应线圈加热、并进行晶体生长的技术。直拉法在Si单晶的制备中更为常用，占75％以上。直拉法制备Si单晶的优点是：1）成本低；2）能制备更大的圆片尺寸，6英吋（150mm）及以上的Si单晶制备均采用直拉法，目前直拉法已制备出400mm（16英吋）的商用Si单晶；3）制备过程中的剩余原材料可重复使用；4）直拉法制备的Si单晶位错密度低，0～104cm-2。直拉法制备Si单晶的主要缺点是，由于使用坩埚，Si单晶的纯度不如区熔法。区熔法制备Si单晶的主要优点是，由于不使用坩锅，可制备高纯度的硅单晶，电阻率高达2000Ω-mm，因此区熔法制备的Si单晶主要用于功率器件及电路。区熔法制备Si单晶的缺点是：1）成本高； 3、什么是LOCOS和STI？为什么在高级IC工艺中，STI取代了LOCOS？（12分） 答：（1）LOCOS：即“硅的局部氧化”技术（Local Oxidation of Silicon）CMOS工艺最常用的隔离技术就是LOCOS（硅的选择氧化）工艺，它以氮化硅为掩膜实现了硅的选择氧化，在这种工艺中，除了形成有源晶体管的区域以外，在其它所有重掺杂硅区上均生长一层厚的氧化层，称为隔离或场氧化层。-常规的LOCOS工艺由于有源区方向的场氧侵蚀（SiN边缘形成类似鸟嘴的结构，称为“鸟喙效应”bird beak)和场注入的横向扩散，使LOCOS工艺受到很大的限制。STI：浅沟槽隔离(STI)是用于隔绝活动区域的制造方法，它会使实际电流不同于模拟结果。具体情况取决于电晶体位置。 （2）取代原因：LOCOS结构影响了有源区长度，为了减小鸟嘴，出现了改进的LOCOS 结构，PBL和PELOX结构。PBL（poly buffer LOCOS多晶衬垫LOCOS）结构是在掩蔽氧化层的SiN和衬底SiO2之间加入一层薄多晶，这样减小了场氧生长时SiN薄膜的应力，也减小了鸟嘴。PELOX（poly encapsulated Locol Oxidation多晶镶嵌LOCOS）结构是在SiN层的顶部和侧部嵌如多晶或非晶薄膜，然后在生长场氧，它同样能减小鸟嘴。因为两种结构增加了工艺的复杂性，故LOCOS一般用于0.5~0.35μm的工艺中。为了更有效的隔离器件的需要，尤其是对于DRAM器件而言；对晶
Question & PIE Answer
PIE 1. 何谓PIE? PIE 的主要工作是什幺? 答：Process Integration Engineer（工艺整合工程师）, 主要工作是整合各部门的资源, 对工艺持续进行改善, 确保产品的良率（yield）稳定良好。 2. 200mm，300mm Wafer 代表何意义? 答：8吋硅片（wafer）直径为200mm , 直径为300mm硅片即12吋. 目前中芯国际现有的三个工厂采用多少mm的硅片（wafer）工艺？未来北京3.的Fab4（四厂）采用多少mm的wafer 工艺？ 答：当前1~3 厂为200mm（8 英寸）的wafer, 工艺水平已达0.13um 工艺。 未来北京厂工艺wafer 将使用300mm（12 英寸）。 4. 我们为何需要300mm? 答：wafer size 变大，单一wafer 上的芯片数（chip）变多，单位成本降低200→300 面积增加2.25倍,芯片数目约增加2.5 倍 5. 所谓的0.13 um 的工艺能力（technology）代表的是什幺意义？答：是指工厂的工艺能力可以达到0.13 um 的栅极线宽。当栅极的线宽做的越小时，整个器件就可以变的越小，工作速度也越快。 从0.35um->0.25um->0.18um->0.15um->0.13um 的technology改变又代表的是什幺意义？ 答：栅极线的宽（该尺寸的大小代表半导体工艺水平的高低）做的越小时，工艺的难度便相对提高。从0.35um -> 0.25um -> 0.18um -> 0.15um -> 0.13um 代表着每一个阶段工艺能力的提升。 一般的硅片（wafer）基材（substrate）可区分为N,P 两种类型（type）,何谓N, P-type wafer? 答：N-type wafer 是指掺杂negative 元素（5 价电荷元素，例如：P、As）的硅片, P-type 的wafer 是指掺杂positive 元素（3 价电荷元素, 例如：B、 In）的硅片。 8. 工厂中硅片（wafer）的制造过程可分哪几个工艺过程（module）？答：主要有四个部分：DIFF （扩散）、TF（薄膜）、PHOTO （光刻）、ETCH （刻蚀）。其中