微电子概论思考题
第一章：
1.第一只晶体管发明是在哪个国家？哪个实验室？发明人是谁？
2.第一片IC发明是在哪个国家？哪个公司？发明人是谁？
3.按规模分类IC有几种？简要说明每种类型的集成度？
4.按功能分类IC有几种？简要说明每种类型的特征？
5.按器件结构分类IC有几种？简要说明每种类型的特征？
6.综述微电子学的特点。
7.简单叙述微电子学对人类社会的作用。
第二章：
1.什么是半导体？半导体的主要特点有那些？
2.试对比说明金属与半导体的主要区别。
3.试从欧姆定律和半导体电阻定义出发证明欧姆定律的微分形式为：j=σE
4.用半导体迁移率和欧姆定律的微分形式证明：σ=nq
5.从微观机制解释晶格振动散射导致半导体迁移率随温度增加而下降的原因。
6.从微观机制解释电离杂质散射对半导体载流子的影响。
7.什么是共有化运动？
8.什么是导带？什么是价带？什么是禁带？
9.PN结的电容有那些？
10.PN结的击穿电压有那些？
11.MOSFET分为那几种类型？
第三章：
1.IC的性能主要指那三个方面？解释每一个性能的含义？
2.双极型数字IC电路分那三种类型，解释每种类型的含义。
3.分析RTL型与非门电路的工作原理。
4.分析TTL型与非门电路的工作原理。
5.试叙述双极型模拟IC电路的种类以及每钟电路的研究内容。
6.CMOS集成电路分为几种？简述每钟电路的研究内容。
第四章：
1.什么是正性胶? 什么是负性胶?常见的光刻方法有几种?
2.什么是湿法腐蚀?其优点是什么?
3.干法刻蚀有几种?
4.二氧化硅的主要性质和作用有那些?
5.离子注入的主要优点有那些?
第五章
1.IC设计有那四个主要特点?
2.从域的角度来看IC设计有那三个方面?
3.从设计的层次来看IC设计有那五个层次?
4.给出理想的IC设计流程图?并解释设计过程包括那几个主要阶段?
5.试解释IC设计以λ为单位的设计规则。
6.试解释IC设计以微米为单位的设计规则。
7.给出芯片成本C T的表达式，解释公式的含义。
8.集成电路的设计方法主要有那些？简要说明每种设计的方法和特点。
集成电路原理及应用（第2版）谭博学苗汇静主编 课后习题答案 第二章 模拟集成电路的线性应用 对 A 2 :由"虚断”和"虚短”得 i 3=i 4， v 2_=v 2 - =u i2， 代入 U o1 得U 。哙呱…）， 2.11 求图3所示电路的增益A f ，并说明该电路完成什么功能 则 u i1 = U 01 R 1 R 2 R 2 R 1 ，即 u o-(1 K )u i1 ， 则 U 。1 -U i2 R 3 U i2 -U o R 4 R 3 因两个输入信号均从同相端输入, 所以输入阻抗比较高。该电路为高输入阻抗的差动放 2.9 试分析图1所示电路是什么电路，有何特点？图中设 解：第一级运放为同相放大器。对 A 1 :由"虚断”和"虚短”得 i 1 =i 2， v^=v 1. =u ， 1)U i2 - U o1
解：该电路由两个集成运放构成， A1为主放大器接成反相运算放大器， A2为辅助放大器, A2也接成反相放大器，利用 A2对A1构成正反馈，是整个电路向信号源索取的电流极少。 主放大器A 1 :由“虚断”和“虚短”得 R i U i I i u i 01 u 。 R 2 R i R 2 u i u i 辅助放大器A2的电压放大倍数: o2 u o2 2R 1 该电路为自举电路, U i U i U i R i I i I i - I R 2 R 2 U i U i u i2 u 。 R 2 目的是提高电路的输入电阻。 2R 得 U^2U i RR
当 R = R 1 时，R t 2.12 求图4所示电路输出电压与输入电压的表达式，并说明该电路完成什么 功能 i1 -u o1 ，即u o1 =-u i1 。A 1为倒相器 解：对A 1 :由
型号功能 ACP2371NI 多制式数字音频信号处理电路ACVP2205 梳状滤波、视频信号处理电路 AN5071 波段转换控制电路 AN5195K 子图像信号处理电路 AN5265 伴音功率放大电路 AN5274 伴音功率放大电路 AN5285K 伴音前置放大电路 AN5342K 图像水平轮廓校正、扫描速度调制电路AN5348K AI信号处理电路 AN5521 场扫描输出电路 AN5551 枕形失真校正电路 AN5560 50/60Hz场频自动识别电路 AN5612 色差、基色信号变换电路 AN5836 双声道前置放大及控制电路 AN5858K TV/AV切换电路 AN5862K(AN5862S) 视频模拟开关 AN5891K 音频信号处理电路 AT24C02 2线电可擦、可编程只读存储器 AT24C04 2线电可擦、可编程只读存储器 AT24C08 2线电可擦、可编程只读存储器 ATQ203 扬声器切换继电器电路 BA3880S 高分辨率音频信号处理电路 BA3884S 高分辨率音频信号处理电路 BA4558N 双运算放大器 BA7604N 梳状切换开关电路 BU9252S 8bitA/D转换电路 CAT24C16 2线电可擦、可编程只读存储器 CCU-FDTV 微处理器 CCU-FDTV-06 微处理器 CD54573A/CD54573CS 波段转换控制电路 CH0403-5H61 微处理器 CH04801-5F43 微处理器 CH05001(PCA84C841) 微处理器 CH05002 微处理器 CH7001C 数字NTSC/PAL编码电路 CHT0406 微处理器 CHT0803(TMP87CP38N*) 8bit微处理器 CHT0807(TMP87CP38N) 8bit微处理器 CHT0808(TMP87CP38N) 8bit微处理器 CHT0818 微处理器 CKP1003C 微处理器 CKP1004S(TMP87CK38N) 微处理器 CKP1006S(TMP87CH38N) 微处理器
1、将硅单晶棒制成硅片的过程包括哪些工艺？ 答：包括：切断、滚磨、定晶向、切片、倒角、研磨、腐蚀、抛光、清洗、检验。 2、切片可决定晶片的哪四个参数/ 答：切片决定了硅片的四个重要参数：晶向、厚度、斜度、翘度和平行度。 3、硅单晶研磨清洗的重要性。 答：硅片清洗的重要性：硅片表面层原子因垂直切片方向的化学键被破坏成为悬挂键，形成表面附近的自由力场，极易吸附各种杂质，如颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子等，造成磨片后的硅片易发生变花发蓝发黑等现象，导致低击穿、管道击穿、光刻产生针孔，金属离子和原子易造成pn结软击穿，漏电流增加，严重影响器件性能与成品率 45、什么是低K材料？ 答：低K材料：介电常数比SiO2低的介质材料 46、与Al 布线相比，Cu 布线有何优点？ 答：铜作为互连材料，其抗电迁移性能比铝好，电阻率低，可以减小引线的宽度和厚度，从而减小分布电容。 4、硅片表面吸附杂质的存在状态有哪些？清洗顺序？ 答：被吸附杂质的存在状态：分子型、离子型、原子型 清洗顺序：去分子－去离子－去原子－去离子水冲洗－烘干、甩干 5、硅片研磨及清洗后为什么要进行化学腐蚀，腐蚀的方法有哪些？ 答：工序目的：去除表面因加工应力而形成的损伤层及污染 腐蚀方式：喷淋及浸泡 6、CMP（CMP-chemical mechanical polishing）包括哪些过程？ 答：包括：边缘抛光：分散应力，减少微裂纹，降低位错排与滑移线，降低因碰撞而产生碎片的机会。表面抛光：粗抛光，细抛光，精抛光 7、SiO2按结构特点分为哪些类型？热氧化生长的SiO2属于哪一类？ 答：二氧化硅按结构特点可将其分为结晶形跟非结晶形，热氧化生长的SiO2为非结晶态。 8、何谓掺杂？ 答：在一种材料(基质)中，掺入少量其他元素或化合物，以使材料(基质)产生特定的电学、磁学和光学性能，从而具有实际应用价值或特定用途的过程称为掺杂。 9、何谓桥键氧，非桥键氧？它们对SiO2密度有何影响？ 答：连接两个Si—O四面体的氧原子称桥联氧原子，只与一个四面体连接的氧原子称非桥联氧原子。桥联的氧原子数目越多，网络结合越紧密，反之则越疏松 10、氧化硅的主要作用有哪些？ 答：1、作为掩膜，2、作为芯片的钙化和保护膜，3、作为电隔离膜，4、作为元器件的组成部分。 11、SiO2中杂质有哪些类型？ 答：替代式杂质、间隙式杂质 12、热氧化工艺有哪些？ 答：有干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化 13、影响氧化速率的因素有？ 答：温度、气体分压、硅晶向、掺杂 14、影响热氧化层电性的电荷来源有哪些类型？降低这些电荷浓度的措施? 答：1）可动离子电荷（Qm）：加强工艺卫生方可以避免Na+沾污；也可采用掺氯氧化，固定Na+离子；高纯试剂 2）固定离子电荷Qf ：（1）采用干氧氧化方法（2）氧化后，高温惰性气体中退火
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= ，
VLSI复习 题型： 缩写5题10分 简答12题60分 计算3题30分 Chapter 01 1.How to evaluate performance ?Cost ?Reliability ?Speed (delay, operating frequency) ?Power dissipation
2.Regenerative property 3.Delay : Chapter 02 1.Inverter layout 2.Photolithography process 1)Oxidation layering(氧化层) 2)Pthotoresist coating（涂光刻胶） 3)Stepper exposure（光刻机曝光） 4)Photoresist development and bake(光刻胶的显影和烘干) 5)Acid etching（酸刻蚀） 6)Spin, rinse, and dry（旋转，清洗和干燥） 7)Various process steps： Ion implantation（离子注入） Plasma etching（等离子刻蚀） Metal deposition（金属沉淀） 8)Photoresist removal( or ashing) 去除光刻胶（即“沙洗”） Chapter 03 1.Linear/ Saturation mode 2.Long channel vs short channel
3.Capacitances= structure capacitances+channel capacitances+MOS diffusion capacitances 4.Resistance=MOS sructure resistance+source and drain resistance+cantact resistance+wiring resistance With silicidation R方块? is reduced to the range 1 to 4 Ω/方块（source and drain resistance） Chapter 04 1.C wire = C pp + C fringe + C interwire 2.Dealing with resistance: 1)Use better interconnect materials 2)More interconnect layers 3.RC Mode
M11B416256A 存储集成电路 M1418VVW 微处理集成电路 M2063SP 制式转换集成电路 M208 系统控制集成电路 M24C08 存储集成电路 M24C128-WMN6 存储集成电路 M27V201-200N6 中文字库集成电路 M28F101AVPAD 存储集成电路 M3004LAB1 红外遥控信号发射集成电路M32L1632512A 存储集成电路 M34300-012SP 微处理集成电路 M34300-628SP 微处理集成电路 M34300M4-012SP 微处理集成电路 M34300N4-011SP 微处理集成电路 M34300N4-012SP 微处理集成电路 M34300N4-555SP 微处理集成电路 M34300N4-567SP 微处理集成电路 M34300N4-584SP 微处理集成电路 M34300N4-587SP 微处理集成电路 M34300N4-628SP 微处理集成电路 M34300N4-629SP 微处理集成电路 M34300N4-657SP 微处理集成电路 M34302M8-612SP 微处理集成电路 M37100M8-616SP 微处理集成电路 M37102M8-503SP 微处理集成电路 M37103M4-750SP 微处理集成电路 M37201M6 微处理集成电路 M37204M8-852SP 微处理集成电路 M37210M2-609SP 微处理集成电路 M37210M3-010SP 微处理集成电路 M37210M3-550SP 微处理集成电路 M37210M3-603SP 微处理集成电路 M37210M3-800SP 微处理集成电路 M37210M3-901SP 微处理集成电路 M37210M3-902SP 微处理集成电路 M37210M4-650SP 微处理集成电路 M37210M4-688微处理集成电路 M37210M4-705SP 微处理集成电路 M37210M4-786SP 微处理集成电路 M37211M2-604SP 微处理集成电路 M37211M2-609SP 微处理集成电路 M37220M3 微处理集成电路 M37221 微处理集成电路 M37221M6-065SP 微处理集成电路
电子科技大学成都学院二零一零至二零一一学年第二学期 集成电路工艺原理课程考试题A卷（120分钟）一张A4纸开卷教师：邓小川 一二三四五六七八九十总分评卷教师 1、名词解释：(7分) 答：Moore law：芯片上所集成的晶体管的数目，每隔18个月翻一番。 特征尺寸：集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸。 Fabless：IC 设计公司，只设计不生产。 SOI：绝缘体上硅。 RTA：快速热退火。 微电子：微型电子电路。 IDM：集成器件制造商。 Chipless：既不生产也不设计芯片，设计IP内核，授权给半导体公司使用。 LOCOS：局部氧化工艺。 STI：浅槽隔离工艺。 2、现在国际上批量生产IC所用的最小线宽大致是多少，是何家企业生产？请 举出三个以上在这种工艺中所采用的新技术（与亚微米工艺相比）？(7分) 答：国际上批量生产IC所用的最小线宽是Intel公司的32nm。 在这种工艺中所采用的新技术有：铜互联；Low-K材料；金属栅；High-K材料；应变硅技术。 3、集成电路制造工艺中，主要有哪两种隔离工艺？目前的主流深亚微米隔离工 艺是哪种器件隔离工艺，为什么？(7分) 答：集成电路制造工艺中，主要有局部氧化工艺－LOCOS；浅槽隔离技术－STI两种隔离工艺。 主流深亚微米隔离工艺是：STI。STI与LOCOS工艺相比，具有以下优点：更有效的器件隔离；显著减小器件表面积；超强的闩锁保护能力；对沟道无 侵蚀；与CMP兼容。 4、在集成电路制造工艺中，轻掺杂漏（LDD）注入工艺是如何减少结和沟道区间的电场，从而防止热载流子的产生？(7分) 答：如果没有LDD形成，在晶体管正常工作时会在结和沟道区之间形成高
班级：通信二班姓名：赵庆超学号：20071201297 7，版图设计中整体布局有哪些注意事项？ 答：1版图设计最基本满足版图设计准则，以提高电路的匹配性能，抗干扰性能和高频工作性能。 2 整体力求层次化设计，即按功能将版图划分为若干子单元，每个子单元又可能包含若干子单元，从最小的子单元进行设计，这些子单元又被调用完成较大单元的设计，这种方法大大减少了设计和修改的工作量，且结构严谨，层次清晰。 3 图形应尽量简洁，避免不必要的多边形，对连接在一起的同一层应尽量合并，这不仅可减小版图的数据存储量，而且版图一模了然。 4 在构思版图结构时，除要考虑版图所占的面积，输入和输出的合理分布，较小不必要的寄生效应外，还应力求版图与电路原理框图保持一致（必要时修改框图画法），并力求版图美观大方。 8，版图设计中元件布局布线方面有哪些注意事项？ 答：1 各不同布线层的性能各不相同，晶体管等效电阻应大大高于布线电阻。高速电路，电荷的分配效应会引起很多问题。 2 随器件尺寸的减小，线宽和线间距也在减小，多层布线层之间的介质层也在变薄，这将大大增加布线电阻和分布电阻。 3 电源线和地线应尽可能的避免用扩散区和多晶硅布线，特别是通过
较大电流的那部分电源线和地线。因此集成电路的版图设计电源线和地线多采用梳状布线，避免交叉，或者用多层金属工艺，提高设计布线的灵活性。 4 禁止在一条铝布线的长信号霞平行走过另一条用多晶硅或者扩散区布线的长信号线。因为长距离平行布线的两条信号线之间存在着较大的分布电容，一条信号线会在另一条信号线上产生较大的噪声，使电路不能正常工作。、 5 压点离开芯片内部图形的距离不应少于20um，以避免芯片键和时，因应力而造成电路损坏。
集成电路设计学习思考题 一、概念题： 1、微电子学：主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及应用，并利用它实现信号处理功能的科学，是电子学的分支，其目的是实现电路和系统的集成，这种集成的电路和系统又称为集成电路和集成系统。 2、集成电路：（Integrated Circuit，缩写为IC）是指通过一系列特定的加工工艺，将多个晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容器等无源器件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单晶片（如硅或GaAs等）或者说陶瓷等基片上，作为一个不可分割的整体执行某一特定功能的电路组件。 3、综合：从设计的高层次向低层次转换的过程，它是在给定了电路应实现的功能和实现此电路的约速条件（如速度、功耗、成本、电路类型等），找到满足上述要求的目标结构的过程。如果是靠人工完成，通常简单地称之为设计；而依靠EDA 工具自动生成，则称之为综合。 4、模拟验证：指对实际系统加以抽象，提取其模型，输入计算机，然后将外部激励信号施加于此模型，通过观察模型在激励信号作用下的反应，判断该系统是否实现预期的功能。 5、计算机辅助测试（CAT）技术：把测试向量作为测试输入激励，利用故障模拟器，计算测试向量的故障覆盖率，并根据获得的故障辞典进行故障定位的技术。 6、图形转换技术：是指将掩膜板上设计好的图形转移到硅片上的技术，包括光刻与刻蚀技术。 7、薄膜制备技术：指通过一定的工序，在衬底表面生产成一层薄膜的技术，此薄膜可以是作为后序加工的选择性的保护膜，作为电绝缘的绝缘膜，器件制作区的外延层，起电气连接作用的金属膜等。 8、掺杂：是指将需要的杂质掺入特定的半导体区域中以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触等各种结构的目的。 9、系统功能设计：是最高一级的设计，主要是指根据所设计系统的要求（包括芯片的功能、性能、尺寸、功耗等），进行功能划分和数据流、控制流的设计，完成功能设计。
集成电路制造工艺流程之详细解答 1.晶圆制造( 晶体生长-切片-边缘研磨-抛光-包裹-运输 ) 晶体生长(Crystal Growth) 晶体生长需要高精度的自动化拉晶系统。 将石英矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达0.99999999999。 采用精炼石英矿而获得的多晶硅，加入少量的电活性“掺杂剂”，如砷、硼、磷或锑，一同放入位于高温炉中融解。 多晶硅块及掺杂剂融化以后，用一根长晶线缆作为籽晶，插入到融化的多晶硅中直至底部。然后，旋转线缆并慢慢拉出，最后，再将其冷却结晶，就形成圆柱状的单晶硅晶棒，即硅棒。 此过程称为“长晶”。 硅棒一般长3英尺，直径有6英寸、8英寸、12英寸等不同尺寸。 硅晶棒再经过研磨、抛光和切片后，即成为制造集成电路的基本原料——晶圆。 切片(Slicing) /边缘研磨(Edge Grinding)/抛光(Surface Polishing) 切片是利用特殊的内圆刀片，将硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶圆。 然后，对晶圆表面和边缘进行抛光、研磨并清洗，将刚切割的晶圆的锐利边缘整成圆弧形，去除粗糙的划痕和杂质，就获得近乎完美的硅晶圆。 包裹(Wrapping)/运输(Shipping) 晶圆制造完成以后，还需要专业的设备对这些近乎完美的硅晶圆进行包裹和运输。 晶圆输送载体可为半导体制造商提供快速一致和可靠的晶圆取放，并提高生产力。 2.沉积 外延沉积 Epitaxial Deposition 在晶圆使用过程中，外延层是在半导体晶圆上沉积的第一层。 现代大多数外延生长沉积是在硅底层上利用低压化学气相沉积(LPCVD)方法生长硅薄膜。外延层由超纯硅形成，是作为缓冲层阻止有害杂质进入硅衬底的。 过去一般是双极工艺需要使用外延层，CMOS技术不使用。 由于外延层可能会使有少量缺陷的晶圆能够被使用，所以今后可能会在300mm晶圆上更多
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）。
集成电路原理及应用(第3版) 谭博学 苗汇静 主编 课后习题答案 第二章 模拟集成电路的线性应用 2.9 试分析图1所示电路是什么电路，有何特点？图中设 3 4 21R R R R =。 （图1） 解：第一级运放为同相放大器。对A 1：由“虚断”和“虚短”得 i 1=i 2，v -1=v +1=u 1i ， 则u 1i = 1211R R R u o +，即11 21)1(i o u R R u +=， 对A 2：由“虚断”和“虚短”得 i 3=i 4，v -2=v +2=u 2i ， 则 4 2321R u u R u u o i i o -=-，即1342 34)1(o i o u R R u R R u -+= 代入u 1o 得))(1( 123 4 i i o u u R R u -+=， 因两个输入信号均从同相端输入，所以输入阻抗比较高。该电路为高输入阻抗的差动放大器。 2.11 求图3所示电路的增益A f ，并说明该电路完成什么功能。
解：该电路由两个集成运放构成，A1为主放大器接成反相运算放大器，A2为辅助放大器，A2也接成反相放大器，利用A2对A1构成正反馈，是整个电路向信号源索取的电流极少。 主放大器A 1：由“虚断”和“虚短”得 2 1R u R u o i -= ,则A f =121o o i i u u R u u R ===- 辅助放大器A2的电压放大倍数：221222 2o o VF i o u u R A u u R = ==- 该电路为自举电路，目的是提高电路的输入电阻。 由1i i i i U U R I I I = = - 由 12i o U U R R =-和321 2o U U R R =-得32i U U = 所以 1i i i U U I R R = - 因此1 1 i i i U RR R I R R = = - 当1R R =时，i R →∞，1I I = 2.12 求图4所示电路输出电压与输入电压的表达式，并说明该电路完成什么功能。
目录 一、填空题（每空1分，共24分） (1) 二、判断题（每小题1.5分，共9分） (1) 三、简答题（每小题4分，共28分） (2) 四、计算题（每小题5分，共10分） (4) 五、综合题（共9分） (5) 一、填空题（每空1分，共24分） 1.制作电阻分压器共需要三次光刻，分别是电阻薄膜层光刻、高层绝缘层光刻和互连金属层光刻。 2.集成电路制作工艺大体上可以分成三类，包括图形转化技术、薄膜制备技术、掺杂技术。 3.晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷等四种。 4.高纯硅制备过程为氧化硅→粗硅→ 低纯四氯化硅→ 高纯四氯化硅→ 高纯硅。 5.直拉法单晶生长过程包括下种、收颈、放肩、等径生长、收尾等步骤。 6.提拉出合格的单晶硅棒后，还要经过切片、研磨、抛光等工序过程方可制备出符合集成电路制造要求的硅衬底 片。 7.常规的硅材料抛光方式有：机械抛光，化学抛光，机械化学抛光等。 8.热氧化制备SiO2的方法可分为四种，包括干氧氧化、水蒸汽氧化、湿氧氧化、氢氧合成氧化。 9.硅平面工艺中高温氧化生成的非本征无定性二氧化硅对硼、磷、砷（As）、锑（Sb）等元素具有掩蔽作用。 10.在SiO2内和Si- SiO2界面存在有可动离子电荷、氧化层固定电荷、界面陷阱电荷、氧化层陷阱等电荷。 11.制备SiO2的方法有溅射法、真空蒸发法、阳极氧化法、热氧化法、热分解淀积法等。 12.常规平面工艺扩散工序中的恒定表面源扩散过程中，杂质在体内满足余误差函数分布。常规平面工艺扩散工序中的有限表 面源扩散过程中，杂质在体内满足高斯分布函数分布。 13.离子注入在衬底中产生的损伤主要有点缺陷、非晶区、非晶层等三种。 14.离子注入系统结构一般包括离子源、磁分析器、加速管、聚焦和扫描系统、靶室等部分。 15.真空蒸发的蒸发源有电阻加热源、电子束加热源、激光加热源、高频感应加热蒸发源等。 16.真空蒸发设备由三大部分组成，分别是真空系统、蒸发系统、基板及加热系统。 17.自持放电的形式有辉光放电、弧光放电、电晕放电、火花放电。 18.离子对物体表面轰击时可能发生的物理过程有反射、产生二次电子、溅射、注入。 19.溅射镀膜方法有直流溅射、射频溅射、偏压溅射、磁控溅射（反应溅射、离子束溅射）等。 20.常用的溅射镀膜气体是氩气（Ar）,射频溅射镀膜的射频频率是13.56MHz。 21.CVD过程中化学反应所需的激活能来源有？热能、等离子体、光能等。 22.根据向衬底输送原子的方式可以把外延分为：气相外延、液相外延、固相外延。 23.硅气相外延的硅源有四氯化硅（SiCl4）、三氯硅烷（SiHCl3）、二氯硅烷（SiH2Cl2）、硅烷（SiH4）等。 24.特大规模集成电路（ULIC）对光刻的基本要求包括高分辨率、高灵敏度的光刻胶、低缺陷、精密的套刻对准、对大尺寸硅片 的加工等五个方面。 25.常规硅集成电路平面制造工艺中光刻工序包括的步骤有涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、 去胶等。 26.光刻中影响甩胶后光刻胶膜厚的因素有溶解度、温度、甩胶时间、转速。 27.控制湿法腐蚀的主要参数有腐蚀液浓度、腐蚀时间、腐蚀液温度、溶液的搅拌方式等。 28.湿法腐蚀Si所用溶液有硝酸-氢氟酸-醋酸（或水）混合液、KOH溶液等，腐蚀SiO2常用的腐蚀剂是HF溶液，腐蚀 Si3N4常用的腐蚀剂是磷酸。 29.湿法腐蚀的特点是选择比高、工艺简单、各向同性、线条宽度难以控制。 30.常规集成电路平面制造工艺主要由光刻、氧化、扩散、刻蚀、离子注入（外延、CVD、PVD）等工 艺手段组成。 31.设计与生产一种最简单的硅双极型PN结隔离结构的集成电路，需要埋层光刻、隔离光刻、基区光刻、发射区光刻、引线区 光刻、反刻铝电极等六次光刻。 32.集成电路中隔离技术有哪些类？ 二、判断题（每小题1.5分，共9分） 1.连续固溶体可以是替位式固溶体，也可以是间隙式固溶体（×） 2.管芯在芯片表面上的位置安排应考虑材料的解理方向，而解理向的确定应根据定向切割硅锭时制作出的定位面为依据。（√） 3.当位错线与滑移矢量垂直时，这样的位错称为刃位错，如果位错线与滑移矢量平行，称为螺位错（√） 4.热氧化过程中是硅向二氧化硅外表面运动，在二氧化硅表面与氧化剂反应生成二氧化硅。（×） 5.热氧化生长的SiO2都是四面体结构，有桥键氧、非桥键氧，桥键氧越多结构越致密，SiO2中有离子键成份，氧空位表现为带正
思考题 1、将硅单晶棒制作成硅片包括哪些工序？ 切断、滚磨、定晶向、切片、倒角、研磨、腐蚀、抛光、清洗、检验。 2、切片可决定晶片的哪四个参数？ 晶向、厚度、斜度、翘度和平行度。 3、硅单晶片研磨后为何要清洗？ 硅片清洗的重要性：硅片表面层原子因垂直切片方向的化学键被破坏成为悬挂键，形成表面附近的自由力场，极易吸附各种杂质，如颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子等，造成磨片后的硅片易发生变花发蓝发黑等现象，导致低击穿、管道击穿、光刻产生针孔，金属离子和原子易造成pn结软击穿，漏电流增加，严重影响器件性能与成品率 4、硅片表面吸附杂质的存在形态有哪些？对这些形态按何种顺序进行清洗？ 被吸附杂质的存在状态：分子型、离子型、原子型 清洗顺序：去分子－去离子－去原子－去离子水冲洗－烘干、甩干 5、硅片研磨及清洗后为何要进行化学腐蚀？腐蚀方法有哪些？ 工序目的：去除表面因加工应力而形成的损伤层及污染 腐蚀方式：喷淋及浸泡 6、CMP包括哪2个动力学过程？控制参数有哪些？ 包括：边缘抛光：分散应力，减少微裂纹，降低位错排与滑移线，降低因碰撞而产生碎片的机会。表面抛光：粗抛光，细抛光，精抛光 7、集成电路制造过程中常用的1号、2号、3号清洗液组成是什么？各有什么用途？ 8、硅气相外延工艺采用的衬底不是准确的晶向，通常偏离（100）或（111）等晶向一个小 角度，为什么？ 为了得到原子层台阶和结点位置，以利于表面外延生长。
9、外延层杂质的分布主要受哪几种因素影响？ 外延温度，衬底杂质及其浓度，外延方法，外延设备等因素影响。 10、异质外延对衬底和外延层有什么要求？ 1. 衬底与外延层不发生化学反应，不发生大量的溶解现象； 2.衬底与外延层热力学参数相匹配，即热膨胀系数接近。以避免外延层由生长温度冷却至室温时，产生残余热应力，界面位错，甚至外延层破裂。 3.衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体结构，晶格常数接近，以避免晶格参数不匹配引起的外延层与衬底接触的界面晶格缺陷多和应力大的现象。 11、比较分子束外延(MBE)生长硅与气相外延（VPE）生长硅的优缺点 MBE——优点：超高真空度达10-9~10-11Torr ，外延过程污染少，外延层洁净。 温度低，(100)Si 最低外延温度470K，所以无杂质的再分布现象。外延分子由喷射炉喷出，速率可调，易于控制，可瞬间开/停，能生长极薄外延层，厚度可薄至?量级。设备上有多个喷射口，可生长多层、杂质分布复杂的外延层，最多层数可达104层。在整个外延过程中全程监控，外延层质量高。——缺点：设备复杂、价格昂贵。 VPE——优点：外延生长温度高，生长时间长，可以制造较厚的外延层。在外延过程中可以任意改变杂质的浓度和导电类型。——缺点：操作过程繁冗，在掺杂剂气体中较难控制通入杂质气体剂量的精确度。 12、SiO2按结构特点分为哪些类型？热氧化生长的SiO2属那一类？ 结晶形和非结晶形，是非结晶形 13、在SiO 中何谓桥键氧？何谓非桥键氧？，对SiO2密度有何影响？ 2 连接两个Si—O四面体的氧原子称桥联氧原子，只与一个四面体连接的氧原子称非桥联氧原子。桥联的氧原子数目越多，网络结合越紧密，反之则越疏松 14、二氧化硅层的主要作用有哪些？ 1）作为掩膜。2）作为芯片的钝化和保护膜。 3）作为电隔离膜。4）作为元器件的组成部分。 15、二氧化硅网络中按杂质在网络中所处位置不同可分为哪几类？ 替位式杂质和间隙式杂质 16、 干氧氧化：（优）结构致密，表面平整光亮；对杂质掩蔽能力强；钝化效果好；生长均匀性、重复性好；表面对光刻胶的粘附好，（缺）生长速率非常慢。 湿氧氧化：（优）生长速率介于干O2与水汽氧化之间；可由水温、炉温调节生长速率，工艺灵活性大；对杂质的掩蔽能力、钝化效果能满足工艺要求，（缺）表面存在羟基使其对光刻胶的粘附不好。 17、影响氧化速率的因素有哪些？ 温度、气体分压、硅晶向、掺杂 18、影响SiO 热氧化层电性的电荷来源主要有哪些种类？这些电荷对器件有何危害？降低 2 这些电荷浓度的措施有哪些？ 1）可动离子电荷（Qm）：加强工艺卫生方可以避免Na+沾污；也可采用掺氯氧化，固定Na+离子；高纯试剂 2）固定离子电荷Qf ：（1）采用干氧氧化方法（2）氧化后，高温惰性气体中退火 3）界面陷阱电荷Qit：在金属化后退火（PMA）；低温、惰性气体退火可降低
集成电路制造工艺流程 1.晶圆制造( 晶体生长-切片-边缘研磨-抛光-包裹-运输 ) 晶体生长(Crystal Growth) 晶体生长需要高精度的自动化拉晶系统。 将石英矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达0.。 采用精炼石英矿而获得的多晶硅，加入少量的电活性“掺杂剂”，如砷、硼、磷或锑，一同放入位于高温炉中融解。 多晶硅块及掺杂剂融化以后，用一根长晶线缆作为籽晶，插入到融化的多晶硅中直至底部。然后，旋转线缆并慢慢拉出，最后，再将其冷却结晶，就形成圆柱状的单晶硅晶棒，即硅棒。 此过程称为“长晶”。 硅棒一般长3英尺，直径有6英寸、8英寸、12英寸等不同尺寸。 硅晶棒再经过研磨、抛光和切片后，即成为制造集成电路的基本原料——晶圆。 切片(Slicing) /边缘研磨(Edge Grinding)/抛光(Surface Polishing) 切片是利用特殊的内圆刀片，将硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶圆。 然后，对晶圆表面和边缘进行抛光、研磨并清洗，将刚切割的晶圆的锐利边缘整成圆弧形，去除粗糙的划痕和杂质，就获得近乎完美的硅晶圆。 包裹(Wrapping)/运输(Shipping) 晶圆制造完成以后，还需要专业的设备对这些近乎完美的硅晶圆进行包裹和运输。 晶圆输送载体可为半导体制造商提供快速一致和可靠的晶圆取放，并提高生产力。 2.沉积 外延沉积 Epitaxial Deposition 在晶圆使用过程中，外延层是在半导体晶圆上沉积的第一层。 现代大多数外延生长沉积是在硅底层上利用低压化学气相沉积(LPCVD)方法生长硅薄膜。外延层由超纯硅形成，是作为缓冲层阻止有害杂质进入硅衬底的。 过去一般是双极工艺需要使用外延层，CMOS技术不使用。 由于外延层可能会使有少量缺陷的晶圆能够被使用，所以今后可能会在300mm晶圆上更多
1、MOS集成电路的加工包括哪些基本工艺？各有哪些方法和工序？ 答：（1）热氧化工艺：包括干氧化法和湿氧化法； （2）扩散工艺：包括扩散法和离子注入法； （3）淀积工艺：化学淀积方法：1 外延生长法；2 热CVD法；3 等离子CVD法； 物理淀积方法：1 溅射法；2 真空蒸发法 （4）光刻工艺：工序包括：1 涂光刻胶；2 预烘干；3 掩膜对准；4 曝光；5 显影； 6 后烘干； 7 腐蚀； 8 去胶。 2、简述光刻工艺过程及作用。 答：（1）涂光刻胶：为了增加光刻胶和硅片之间的粘附性，防止显影时光刻胶的脱落，以及防止湿法腐蚀产生侧向腐蚀； （2）预烘干：以便除去光刻胶中的溶剂； （3）掩膜对准：以保证掩模板上的图形与硅片上已加工的各层图形套准； （4）曝光：使光刻胶获得与掩模图形相同的感光图片； （5）显影：将曝光后的硅片浸泡在显影液中，使正光刻胶的曝光部分和负光刻胶的未曝光部分被溶解掉； （6）后烘干：使残留在光刻胶中的有机溶剂完全挥发掉，提高光刻胶和硅片的粘接性及光刻胶的耐腐蚀性； （7）腐蚀：以复制在光刻胶上图形作为掩膜，对下层材料进行腐蚀，将图形复制到下层材料中； （8）去胶：除去光刻胶。 3、说明MOS晶体管的工作原理 答：MOS晶体管有四种工作状态： （1）截止状态：即源漏之间不加电压时，沟道各电场强度相等，沟道厚度均匀，S、D之间没有电流I ds=0； （2）线性工作状态：漏源之间加电压Vds时，漏端接正，源端接负，沟道厚度不再均匀，在D端电位升为V d，栅漏极电位差为
Vgs-Vtn，电场强度变弱，反型层变薄，并在沟道上产生由D到S的电场E ds，使得多数载 流子由S端流向D端形成电流I ds，它与V ds变化呈线性关 系：I ds=βn[(V gs-V tn)-V ds/2]V ds （3）饱和工作状态：Vs继续增大到V gs-V tn时，D端栅极与衬底不足以形成反型层，出现沟道夹断，电子运动到夹断点V gs-V ds=V tn时，便进入耗尽区，在漂移作用下， 电子被漏极高电位吸引过去，便形成饱和电流，沟道夹断后，（V gs-V tn）不变，I ds也不 变，即MOS工作进入饱和状态，I ds=V gs-V tn/R c （4）击穿状态：当Vds增加到一定极限时，由于电压过高，晶体管D端得PN结发生雪崩击穿，电流急剧增加，晶体管不能正常工作。 4、MOS反相器有哪些种类？说明每种反相器的特性。 答：（1）电阻负载反相器（E/R）：该电路在集成电路中很少用，在分离原件中常用； （2）增强型负载反相器（E/E）：这种反相器的漏端始终处于夹断状态； （3）耗尽型负载反相器（E/D）：有较高的输出电平和较快的上升速度，其翻转时间短，电路工作速度快，是目前最常用的反相器；（4）CMOS反相器：1 静态功耗低；2 抗干扰能力强；3 电源利用率低；4 输入阻抗多，负载能力强。 5、简述Latch-up效应的产生原理及防治办法 答：产生原理：用CMOS晶体管的说明闸流效应 （1）在P阱内有一个纵向的NPN管，在P阱外有一个横向的NPN管，两个晶体管的集电极各驱动另一个晶体管的基极，构成正反馈回路； （2）P阱中纵向NPN管的电流放大倍数约为50到几百，P阱外的横向PNP管的电流放大倍数约为0.5到10； （3）R w和R s为基极的寄生电阻，阱电阻Rw的典型值为1K--10K欧姆，衬底电阻R s的典型值为500--700欧姆。 如果两个晶体管的电流放大倍数和基极寄生电阻Rw、Rs值太大，在外部噪声的影响下，很容易使输出端V o瞬间置于V ss之下约为0.7V，使得N+漏区（也有可能是N+]源区）向P
重理工集成电路设计原理思考题、作业、提问答案大全 1-1思考题 典型PN结隔离工艺与分立器件NPN管制造工艺有什么不同（增加了哪些主1-1-1.1-1-1.典型典型PNPN结隔离工艺与分立器件结隔离工艺与分立器件NPNNPN管制造工艺有什么不同管制造工艺有什么不同（ ）要工序要工序）？ 增加工序的的目的是什么？ 答：分立器件NPN管制造工艺：外延→一氧→一次光刻→B掺杂→二氧→二次光刻 →P掺杂→三氧→三次光刻→金属化→四次光刻。 典型PN结隔离工艺：氧化→埋层光刻→埋层扩散→外延→二氧→隔离光刻→ 隔离扩散、推进（氧化）→基区光刻→基区扩散、再分 布（氧化）→发射区光刻→发射区扩散、氧化→引线孔 光刻→淀积金属→反刻金属→淀积钝化层→光刻压焊 点→合金化及后工序。 增加的主要工序：埋层的光刻及扩散、隔离墙的光刻及扩散。 目的：埋层：1、减小串联电阻；2、减小寄生PNP晶体管的影响。 隔离墙：将N型外延层隔离成若干个“岛”，并且岛与岛间形成
两个背 靠背的反偏二极管，从而实现PN结隔离。 管的电极是如何引出的？集电极引出有什么特殊要求？ 1-1-2.NPN1-1-2.NPN管的电极是如何引出的？集电极引出有什么特殊要求？ 答：集成电路中的各个电极均从上表面引出。要求：形成欧姆接触电极：金属与 参杂浓度较低的外延层相接触易形成整流接触（金半接触势垒二极管）。因此，外延层电极引出处应增加浓扩散。 典型PN结隔离工艺中隔离扩散为什么放在基区扩散之前而不放在基区扩1-1-3.1-1-3.典型典型PNPN结隔离工艺中隔离扩散为什么放在基区扩散之前而不放在基区扩散或发射区扩散之后？ 答：由于隔离扩散深度较深，基区扩散深度相对较浅。放在基区扩散之前，以防 后工序对隔离扩散区产生影响。1-1作业 典型PN结隔离工艺中器件之间是如何实现隔离的？1-1-1.1-1-1.典型典型PNPN结隔离工艺中器件之间是如何实现隔离的？ 答：在N型外延层中进行隔离扩散，并且扩穿外延层，与P型衬底连通，从而将N 型外延层划分为若干个“岛”；同时，将隔离区接最低电位，使岛与岛之间形成两个背靠背的反偏二极管，从而岛与岛互不干涉、互不影响。通过以上两点实现了器件间的隔离。