引言
第一只晶体管
?第一只晶体管, AT&T Bell Lab, 1947
?第一片单晶锗, 1952
?第一片单晶硅, 1954 (25mm，1英寸)
?第一只集成电路（IC）, TI, 1958
?第一只IC商品, Fairchild, 1961
摩尔定律晶体管最小尺寸的极限
?价格保持不变的情况下晶体管数每12月翻一番，1980s后下降为每18月翻一番；
?最小特征尺寸每3年减小70%
?价格每2年下降50%；
IC的极限
?硅原子直径: 2.35 ?；
?形成一个器件至少需要20个原子；
?估计晶体管最小尺寸极限大约为50 ?或0.005um，或5nm。
电子级多晶硅的纯度
一般要求含si>99.9999以上，提高纯度达到99.9999999—
99.999999999%（9-11个9）。其导电性介于10-4-1010 cm
。电子级
/
高纯多晶硅以9N以上为宜。
1980s以前半导体行业的模式
1980s以前：大多数半导体公司自己设计、制造和测试IC芯片，如Intel，IBM
1990s以后半导体行业的模式
F&F模式，即Foundry(代工)+Fabless(无生产线芯片设计),
什么是Foundry
有晶圆生产线，但没有设计部门；接受客户订单，为客户制
造芯片；
IC流程图:
接受设计订单→芯片设计→EDA编辑版图→将版图交给掩膜版制造商→制造晶圆→芯片测试→芯片封装
硅片制备与高温工艺
单晶生长：直拉法区熔法
高温工艺:氧化，扩散，退火。
Si集成电路芯片元素组成
■半导体（衬底与有源区）：单晶Si
■杂质（N型和P型）：P (As)、B
■导体（电极及引线）：Al、Wu（Cu 、Ti）、poly-Si
■绝缘体（栅介质、多层互连介质）：SiO2、Si3N4
硅的重要性
■储量丰富，便宜；（27.6％）
■SiO2性质很稳定、良好介质，易于热氧化生长；
■较大的禁带宽度（1.12eV），较宽工作温度范围
硅提纯 I的工艺步骤、化学反应式及纯度
从石英砂到硅锭
■石英砂（SiO2)→冶金级硅(MGS)
■HCl与MGS粉反应形成TCS■（trichlorosilane：氯硅烷）
■利用汽化和冷凝提纯TCS
■TCS与H2反应形成多晶硅(EGS)
■熔融EGS和拉单晶硅锭
从硅锭到硅片
单晶硅锭→整型→切片→磨片倒角→刻蚀→抛光→清洗→检查→包装
化学反应式
硅提纯I
多晶硅淀积
直拉法的拉晶过程
拉晶过程
①熔硅②引晶（下种）③收颈④放肩
直拉法的拉晶过程中收颈的作用
目的：抑制位错从籽晶向晶体延伸
直拉法与区熔法的对比
直拉法，更为常用(占75％以上)
⑴便宜⑵更大的圆片尺寸(300mm已生产)⑶剩余原材料可重复使用⑷位错密度：0～104cm2
区熔法
⑴高纯度的硅单晶(不使用坩锅)（电阻率20**Ω-mm）⑵成本高，可生产圆片尺寸较小(150mm)⑶主要用于功率器件⑷位错密度：103～105cm2
定位边或定位槽的作用
①识别晶向、导电类型及划片方向②硅片（晶锭）机械加工定位的参考面；
③硅片装架的接触位置
外延的定义：外延、外延层、外延片、同质外延、异质外延
外延层：单晶衬底上单晶薄膜层
外延：同质外延和异质外延
同质外延：衬底与外延层为相同晶体，晶格完全匹配
异质外延：衬底与外延层为不同晶体，晶格不匹配
双极晶体管（电路）和CMOS器件（电路）中外延层的应用
双极晶体管（电路）中外延层的应用
■高阻的外延层可提高集电结的击穿电压
■低阻的衬底（或埋层）可降低集电极的串联电阻
CMOS器件（电路）中外延层的应用
■减小pnpn寄生闸流管效应降低漏电流
Si外延的源材料
■Si源气体：SiH4(硅烷), SiH2Cl2(二氯硅烷),
SiHCl3(三氯硅烷), SiCl4(四氯硅烷)
■掺杂剂
N型掺杂剂：PH3, AsH3
P型掺杂剂：B2H6
分子束外延（MBE）的特点
高温工艺设备小结
■高温工艺通常使用炉管反应室；
■反应炉通常由控制系统、气体输运系统、反应腔、装卸片系统和尾气处理系统构成
■立式炉管使用最广泛，因为其占地面积小、污染控制好、维护量小
■温度控制的精确性和均匀性对于高温工艺的成功至关重要
氧化膜在IC中的应用
■掺杂阻挡层■表面钝化(保护) ■隔离层■栅氧化层■MOS电容的介质材料
各种氧化层在工艺中的应用、厚度及工艺
掺杂阻挡氧化层应用
■Much lower B and P diffusion rates in SiO2than that in S ■SiO2can be used as diffusion mask
表面钝化(保护)氧化层应用
■Pad Oxide衬垫（缓冲）氧化层, Screen Oxide屏蔽氧化层Sacrificial Oxide牺牲氧化层, Barrier Oxide阻挡氧化层
■Normally thin oxide layer (~150?) to protect silicon defects from contamination and over-stress
器件隔离氧化层应用
■Electronic isolation of neighboring devices
■Blanket field oxide
■Local oxidation of silicon (LOCOS)
■Thick oxide, usually 3,000 to 10,000 ?
栅氧化层应用
■Gate oxide: thinnest and most critical layer
■Capacitor dielectric
1号液和2号液的配方及作用
■SC-1－NH4OH:H2O2:H2O with 1:1:5 to 1:2:7 ratio at 70 to 80℃to remove organic contaminants.(1号液)
■SC-2--HCl:H2O2:H2Owith 1:1:6 to 1:2:8 ratio at 70 to
80 ℃to remove inorganic contaminates.(2号液)
颗粒、有机粘污、无机粘污及本征氧化层的清洗
Pre-oxidation（预氧化） Wafer Clean Organic（有机）Removal ■Strong oxidants remove organic residues
■H2SO4:H2O2or NH3OH:H2O2followed by DI H2O rinse.
■High pressure scrub or immersion in heated dunk tank followed by rinse, spin dry and/or dry bake (100 to
125 °C).
Pre-oxidation Wafer Clean Inorganic（无机）Removal
■HCl:H2O
■Immersion (浸入)in dunk tank followed by rinse, spin dry and/or dry bake (100 to 125℃)
Pre-oxidation Wafer Clean Native Oxide Removal（本征氧化
层）
■HF:H2O
■Imme rsion(浸入)in dunk tank or single wafer vapor etcher followed by rinse, spin dry and/or dry bake (100 to 125℃)
SiO2生长的迪尔-格罗夫模型
干氧氧化和湿氧氧化的特点与应用
干（氧）氧化
■氧化剂：干燥的O2■Si+O2→SiO2■O来源于提供的氧气；Si来源于衬底硅圆片■O2通过表面已有的氧化层向内扩散并与Si反应生长SiO2■氧化膜越厚，生长速率越低■干氧化速率最低
湿（氧）氧化
■氧化剂：O2携带H2O■Si+O2→SiO2■Si+ 2H2O →SiO2+ 2H2
■湿氧化的生长速率介于水汽氧化与干氧化之间■实际氧化工艺：干氧+湿氧+干氧
氧化工艺应用
干氧化，薄氧化层（<1000A）
－■MOS栅氧化层（30～120A）-■衬垫氧化层（100～200A），--■屏蔽氧化层（～200A），■牺牲氧化层（<1000A），等等
湿氧化，厚氧化层
■场氧化层（3000～5000A）■扩散掩膜氧化层（400～1200A）
掺氯氧化的作用
■Cl 可以减少氧化层中的可动离子（如Na+）■MOS栅极氧化中广泛采用
■氧化速率提高（1～5）％
影响氧化速率的因素
■温度■湿氧化或干氧化■厚度■压力■硅片晶向(<100>或
<111>)■硅中杂质
氧化速率与温度
■氧化速率对温度很敏感，指数规律■温度升高会引起更大的氧化速率升高
氧化速率与圆片晶向
■<111>表面的氧化速率高于<100>表面■原因：<111>表面的Si原子密度高
氧化速率与杂质浓度
■掺杂浓度越高，氧化层生长速率越高
Si-SiO2界面特性替位式扩散、间隙式扩散、扩散系数
在Si-SiO2界面有四种不同类型的电荷：（1）可动离子电荷（2）氧化层固定电荷（3）界面陷阱电荷（4）氧化层陷阱电荷
杂质再硅晶体中的主要扩散机构有：间隙式扩散、替位式扩散。
替位式扩散：杂质从一个晶格位置运动到另一个晶格位置上称为替位式扩散
间隙式扩散：杂质从一个间隙位置到另一个间隙位置上的运动称为间隙式扩散
两步扩散工艺
两步法扩散分预淀积和再分布两步进行，第一步称为预扩散或预淀
积，在较低的温度下，采用恒定表面浓度扩散方式在硅片便面扩散一薄层杂质原子，目的在于确定进入硅片的杂质总量。第二步称为主扩散或再分布或推进扩散，在较高的温度下，采用很定杂质总量扩散方式，让淀积在表面的杂质继续往硅片中扩散，目的在于控制扩散深度和表面浓度。
扩散的局限性与应用
扩散技术的主要缺陷
■扩散是各向同性的，掩膜下方也会有杂质横向扩散
■不能独立控制结深和掺杂浓度
扩散应用
■主要用在阱注入后的推进工艺
离子注入后为什么要退火
■高能离子损伤晶体结构■非晶硅有很高的电阻率
■需要外部能量如热使其恢复单晶结构■只有在单晶结构中杂质才能被激活
RTP（快速热退火）的优点
■快速升温(75 to 150 °C/sec)■更高温度(up to 1200 °C) ■过程快速■使杂质扩散最小化■热预算的更好控制（节约能源）■更好的圆片间均匀性控制
薄膜淀积
真空蒸发法蒸发源加热方式
■电阻加热■电子束加热■激光加热■高频感应加热
溅射的工作原理与特点
原理；具有一定能量的入射离子对固体表面轰击时，入射离子与固体表面原子碰撞发生能量和动量的转移，将固体表面的原子溅射出来
直流溅射特点：只适于金属靶材。
磁控溅射特点：淀积速率最高。
RF溅射特点：适于各种金属与非金属靶材。
PVD 与 CVD对比
■CVD：衬底表面发生化学反应
■PVD：衬底表面不发生化学反应
■CVD: 更好的台阶覆盖性(50% to ~100%) 和空隙填充能力
■PVD: 台阶覆盖性差(~ 15%) 和空隙填充能力差
■PVD 源: 固态材料
■CVD 源: 气体或蒸汽
CVD氧化硅与热生长氧化硅对比
■热生长氧化硅
?O来源于气源，Si来源于衬底?氧化物生长消耗硅衬底?高质量
■CVD 氧化硅
?O和Si都来自气态源?淀积在衬底表面?生长温度低（如PECVD）?生长速率高
CVD介质薄膜的应用
■浅槽隔离(STI):undopedsilicon dioxide glass, USG■侧墙隔离：USG
■金属前介质(PMD）：PSG or BPSG■金属层间介质(IMD/ILD）：USG or FSG■钝化介质(PD）：Oxide/Nitride
CVD的基本过程
①传输②吸附③化学反应④淀积⑤脱吸⑥逸出
CVD生长的两种极限：表面反应控制与质量输运（传输）控制
表面反应控制型
■化学反应速率不能满足反应剂扩散和吸附的速率，反应剂堆积在衬底表面等待反应；■淀积速率＝反应速率■淀积速率对温度很敏感
质量输运控制型
■表面化学反应速率足够高，当反应剂被吸附在衬底表面时会立即反应■淀积速率＝D dn/dx■淀积速率对温度不敏感■淀积速率主要受到气体流速的控制
CVD 的三种类型及各自的应用
■APCVD 常压化学气相淀积■LPCVD 低压化学气相淀积
■PECVD 等离子体增强化学气相淀积
CVD淀积速率G与温度T的关系
■低温下，hg>>ks，反应控制过程，故G与T呈指数关系；
■高温下，hg< 稳。 离子注入 离子注入与热扩散的对比 离子注入的两种阻挡机制 核碰撞和电子碰撞 避免沟道效应的方法 ■倾斜硅片, 7°最常用■屏蔽氧化层（无定形）■注入前预先无定型处理 离子注入机的原理 离子注入工艺的应用及技术趋势 离子注入工艺 ■CMOS工艺应用■CMOS离子注入的工艺要求■离子注入工艺的评价。 技术趋势 ■超浅结(USJ)■绝缘体上硅(SOI)■等离子体沉浸离子注入(PIII) SOI的优势 ■芯片速度更快，耗电更少■电路密度提高 ■SOI尤其在RF与SoC方面表现出色 SOI圆片的制造：智能剥离与注氧隔离 离子注入特点： ⑴注入温度低⑵掺杂数目受控⑶横向扩散小⑷不受固溶度限制⑸注 入深度随离子能量增加而增加⑹适合化合物掺杂 光刻与刻蚀工艺（曝光、刻蚀） 光刻的需要及光刻三要素 ■高分辨率■光刻胶高光敏性■精确对准 正胶与负胶的比较 光刻工艺的10个步骤 （1）硅片清洗（2）预烘和底膜涂覆（3）涂光刻胶（4）前烘（5）对准（6）曝光（7）后烘（8）显影（9）坚膜（10）图形检测 前烘、后烘及坚膜工艺目的（作用）的比较 前烘作用:促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥； 增加胶膜与SiO2 （Al膜等）的粘附性及耐磨性 后烘作用：平衡驻波效应，提高分辨率。 坚膜的作用 ■蒸发PR中所有有机溶剂■提高刻蚀和注入的抵抗力■提高光刻胶和表面的黏附性■聚合和使得PR更加稳定■PR流动填充针孔 4种曝光机 ■接触式曝光机■接近式曝光机■投影式曝光机■步进式曝光机 分辨率与波长及NA的关系 （最小线宽）R由曝光系统的光波长λ和数值孔径NA决定，R=K1λ /NA K1为系统常数, λ光波长, NA = 2r0/D； ■NA: 凸镜收集衍射光的能力 如何提高分辨率？ ■提高NA 更大的凸镜, 可能很昂贵而不实际 减小DOF（焦深），会引起制造困难 ■减小光波长 开发新光源, PR和设备 波长减小的极限：UV到DUV, 到EUV, 到X-Ray ■减小K1 相移掩膜 移相掩模的原理与应用 移相掩模是一种双层设计结构,通过利用干涉技术抵消某些衍射效应,可使光刻分辨率的改进达到25%～100% 两种紫外线和三种深紫外线的名称、波长及对应的最小特征尺寸 ■汞灯i-line, 365 nm：–常用在0.35 μm光刻 ■DUV KrF受激准分子激光器, 248 nm：应用0.25 μm, 0.18 μmand 0.13 μm光刻 ■ArF受激准分子激光器,193 nm：–应用: < 0.13 μm ■F2受激准分子激光器：157 nm：–仍处于研发阶段, < 0.10 μm 应用 ■157 nm F2激光器光刻：使用相移掩膜, 即使0.035 μm 都是可以的 下一代光刻 ■超紫外■X射线■电子束 干法刻蚀与湿法刻蚀的对比 湿法刻蚀的优点 ■高选择性■设备成本较低■批处理, 高产量 湿法刻蚀的缺点 ■各向同性■不能刻蚀3μm以下图形■化学品使用量高■化学品危险 干法刻蚀优点： ■各向异性腐蚀强；■分辨率高；■刻蚀3μm以下线条 湿法刻蚀SiO2、Si、Poly-Si及Si3N4的配方及反应式 湿法刻蚀SiO2 常用配方(KPR胶）：HF: NH4F: H2O=3ml:6g:10ml (HF溶液浓度为48％) SiO2+ 6HF →H2SiF6 + 2H2O 湿法刻蚀Si、Poly-Si HNO3-HF-H2O(HAC)混合液 湿法刻蚀Silicon Nitride 热(150 to 200 °C) 磷酸H3PO4溶液 干法刻蚀的原理与种类 ①等离子体刻蚀：化学性刻蚀②溅射刻蚀：纯物理刻蚀③反应离 子刻蚀（RIE）：结合①、② 干法刻蚀SiO2、Si、Poly-Si及Si3N4的腐蚀剂 刻蚀气体：CF4 、BCl3、CCl4、CHCl3、SF6 金属化与多层互连 金属化的应用、三种最常用的金属及三种不同的金属化方法 应用 ■栅电极材料■金半接触电极材料■互连材料 常用的金属性材料 ■掺杂的poly-Si■金属硅化物■金属合金 金属化方法 多晶硅－重掺杂，LPCVD淀积 金属硅化物-淀积 合金=淀积（PVD,CVD） 集成电路对金属化的基本要求 1.形成低阻欧姆接触； 2. 提供低阻互连线； 3. 抗电迁移； 4. 良 好的附着性；5. 耐腐蚀；6. 易于淀积和刻蚀；7. 易键合；8. 层与层之间绝缘要好 90年代CMOS标准金属化：栅材料，接触孔（通孔）填充材料，阻挡层（势垒层）、黏附层、焊接层、及防反射层材料，互连材料，金半接触电极材料及工艺 Al-Si接触的尖楔现象、影响及抑制 Al/Si接触的尖楔现象：Si在Al中的溶解度及快速扩散 影响：PN结穿刺–Al刺穿过掺杂PN结，使源/漏与衬底短路 抑制：400 ℃热退火在Si-Al界面形成Si-Al合金 Al的电迁移现象、影响及抑制 电迁移：大电流密度下发生质量（离子/晶粒）输运 现象：在阳极端堆积形成小丘或须晶，造成电极间短路； 在阴极端形成空洞，导致电极开路 影响； 1．影响金属充型能力的因素有：金属成分、温度和压力和铸型填充条件。 2．可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。 3．镶嵌件一般用压力铸造方法制造，而离心铸造方法便于浇注双金属铸件。 4．金属型铸造采用金属材料制作铸型，为保证铸件质量需要在工艺上常采取的措施包括：喷刷涂料、保持合适的工作温度、严格控制开型时间、浇注灰口铸铁件要防止产生白口组织。 5．锤上模锻的锻模模膛根据其功用不同，可分为模锻模膛、制坯模膛两大类。 6．落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模刃口（冲子）尺寸。（落料件的光面尺寸与凹模的尺寸相等的，故应该以凹模尺寸为基准，冲孔工件的光面的孔径与凸模尺寸相等，故应该以凸模尺寸为基准。）7．埋弧自动焊常用来焊接长的直线焊缝和较大直径的环形焊缝。 8．电弧燃烧非常稳定，可焊接很薄的箔材的电弧焊方法是等离子弧焊。 9．钎焊可根据钎料熔点的不同分为软钎焊和硬钎焊。 二、简答题 1．什么是结构斜度？什么是拔模斜度？二者有何区别？ 拔模斜度：铸件上垂直分型面的各个侧面应具有斜度，以便于把模样（或型芯）从型砂中（或从芯盒中）取出，并避免破坏型腔（或型芯）。此斜度称为拔模斜度。 结构斜度：凡垂直分型面的非加工表面都应设计出斜度，以利于造型时拔模，并确保型腔质量。 结构斜度是在零件图上非加工表面设计的斜度，一般斜度值比较大。 拔模斜度是在铸造工艺图上方便起模，在垂直分型面的各个侧面设计的工艺斜度，一般斜度比较小。有结构斜度的表面，不加工艺斜度。 2．下面铸件有几种分型面？分别在图上标出。大批量生产时应选哪一种？为什么？ 分模两箱造型，分型面只有一个，生产效率高； 型芯呈水平状态，便于安放且稳定。 3．说明模锻件为什么要有斜度和圆角？ 斜度：便于从模膛中取出锻件； 圆角：增大锻件强度，使锻造时金属易于充满模膛，避免锻模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，从而提高锻模的使用寿命。 4．比较落料和拉深工序的凸凹模结构及间隙有什么不同？ 落料的凸凹模有刃口，拉深凸凹模为圆角； 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 金属工艺学含答案 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988） 铸造 一、填空题 1.通常把铸造方法分为____砂型铸造_____ 和_____特种铸造_____ 两类. 2.特种铸造是除_____砂型铸造____ 以外的其他铸造方法的统称, 如 _压力铸造__、____ ___离心铸造___ ____金属型铸造___ ____熔膜铸造____及连续铸造等。 3．制造砂型和芯用的材料，分别称为____型砂____和_____芯沙 _____，统称为造型材料。 4.为保证铸件质量，造型材料应有足够的_____强度______，和一定 ___耐火性____ 、____透气性____、____退让性_____、等性能。 5.用_____芯沙_____和____芯盒_____制造型芯的过程叫造芯。 6.为填充型腔和冒口儿开设于铸型中的系列通道称为浇注系统，通常 由 ___浇口杯_____ _____内浇道______ ______横浇道____ ______直浇道_____组成。 7._____落沙_____使用手工或机械使铸件或型砂、砂箱分开的操作。 二、单向选择题 1.下列使铸造特点的是 （ B ） A成本高 B 适应性广 C 精度高 D 铸件质量高 2.机床的床身一般选 （ A ） A 铸造 B 锻造 C 焊接 D 冲压 3.造型时上下型的结合面称为 （ D ） A 内腔 B 型芯 C 芯头 D 分型面 4.型芯是为了获得铸件的 （ C ） A 外形 B 尺寸 C 内腔 D 表面 5.造型时不能用嘴吹芯砂和 （ C ） A 型芯 B 工件 C 型砂 D 砂箱 6. 没有分型面的造型是 （ A ） A 整体模造型 B 分开模造型 C 三箱造型 D 熔模造型 7.冒口的主要作用是排气和 （ B ） A 熔渣 B 补缩 C 结构需要 D 防沙粒进入 金属工艺学课后答案 1、什么是应力？什么是应变？ 答：试样单位截面上的拉力，称为应力，用符号ζ表示，单位是MPa。 试样单位长度上的伸长量，称为应变，用符号ε表示。 2、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？若没有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？ 答：b 点发生缩颈现象。若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑性变形，而是没有产生明显的塑性变形。 3、将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？怎样判断它的变形性质？ 答：将钟表发条拉直是弹性变形，因为当时钟停止时，钟表发条恢复了原状，故属弹性变形。 4、布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？各适用于何种场合。下列情况应采用哪种硬 度法测定其硬度？ 答：布氏硬度法：（1）优点：压痕面积大，硬度值比较稳定，故测试数据重复性好，准确度 较洛氏硬度法高。（2）缺点：测试费时，且压痕较大，不适于成品检验。 （3）应用：硬度值HB 小于450 的毛坯材料。 洛氏硬度法：（1）优点：设备简单，测试简单、迅速，并不损坏被测零件。 （2）缺点：测得的硬度值重复性较差，对组织偏析材料尤为明显。 （3）应用：一般淬火件，调质件。 库存钢材——布氏硬度锻件——布氏硬度 硬质合金刀头——洛氏硬度台虎钳钳口——洛氏硬度。 5、下列符号所表示的力学性能指标的名称、含义和单位是什么？ ζ：强度，表示材料在外加拉应力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力，单位MPa。 ζs：屈服强度，指金属材料开始发生明显塑性变形时的应力，单位MPa。 ζb：抗拉强度，指金属材料在拉断前可能承受的最大应力，单位MPa。 ζ0.2：屈服强度，试样在产生0.2%塑性变形时的应力，单位MPa。 ζ-1：疲劳强度，表示金属材料在无数次的循环载荷作用下不致引起断裂的最大应力，单位MPa。 δ：伸长率，试样产生塑性变形而发生破坏是的最大伸长量。 αk：冲击韧性，金属材料在一次性、大能量冲击下，发生断裂，断口处面积所承受的冲击功，单位是J/cm2 HRC：洛氏硬度，无单位。 HBS：布氏硬度，无单位。表示金属材料在受外加压力作用下，抵抗局部塑性变形的能力。HBW：布氏硬度，无单位。 1、金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响？ 答：晶粒越细小，ζb、HB、αk 越高；晶粒越粗，ζb、HB,、αk,、δ下降。 2、什么是同素异晶转变？试画出纯铁的冷却曲线，并指出室温和1100℃时的纯铁晶格有什 么不同？ 答：随温度的改变，固态金属晶格也随之改变的现象，称为同素异 属 工 -艺 学 第 五 版 上 强度：金属材料在里的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。指标：屈服点（b s）、抗拉强度（b b）塑性：金属材料在力的作用下产生不可逆永久变形的能力。指标：伸长率（S）、断面收缩率（ 3 硬度：金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形压痕、划痕的能力。 1布氏硬度：HBS （淬火钢球）。HBW （硬质合金球） 指标：-2洛氏硬度：HR （金刚石圆锥体、淬火钢球或硬质和金球） 3韦氏硬度 习题： 1什么是应力，什么是应变？ 答：试样单位面积上的拉称为应力，试样单位长度上的伸长量称为应变。 5、下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么？ 答：b b:抗拉强度，材料抵抗断裂的最大应力。 （7 S :屈服强度，塑性材料抵抗塑性变形的最大应力。 6：条件屈服强度，脆性材料抵抗塑性变形的最大应力 7 -1 ：疲劳强度，材料抵抗疲劳断裂的最大应力。 S：延伸率，衡量材料的塑性指标。 a k :冲击韧性，材料单位面积上吸收的冲击功。 HRC洛氏硬度，HBS压头为淬火钢球的布氏硬度。HBW压头为硬质合金球的布氏硬度。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越快，实际结晶温度越低，过冷度越大。纯金属的结晶包括晶核的形成和晶核的长大。 同一成分的金属，晶粒越细气强度、硬度越高，而且塑性和韧性也越好。 原因：晶粒越细，晶界越多，而晶界是一种原子排列向另一种原子排列的过度，晶界上的排列是犬牙交错的，变形是靠位错的变移或位移来实现的，晶界越多，要跃过的障碍越多。 M提高冷却速度，以增加晶核的数目。 J 2在金属浇注之前，向金属液中加入变质剂进行变质处理，以增加外来晶核，还可以采用热处理或塑性加工方法，使固态金属晶粒细化。 3采用机械、超声波振动，电磁搅拌等 合金：两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素溶合在一起，构成具有金属特性的新物质。组成元素成为组员。 U、固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体。 铁碳合金组织可分为：2、金属化合物：各组员按一定整数比结合而成、并具有金属性质的均匀物质 （渗 < 碳体） 3、机械混合物：结晶过程所形成的两相混合组织。 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 铸造 一、填空题 1.通常把铸造方法分为____砂型铸造_____ 和_____特种铸造_____ 两类. 2.特种铸造是除_____砂型铸造____ 以外的其他铸造方法的统称, 如_压力铸造__、 ____ ___离心铸造___ ____金属型铸造___ ____熔膜铸造____及连续铸造等。 3．制造砂型和芯用的材料，分别称为____型砂____和_____芯沙_____，统称为造型材料。 4.为保证铸件质量，造型材料应有足够的_____强度______，和一定___耐火性____ 、 ____透气性____、____退让性_____、等性能。 5.用_____芯沙_____和____芯盒_____制造型芯的过程叫造芯。 6.为填充型腔和冒口儿开设于铸型中的系列通道称为浇注系统，通常由 ___浇口杯_____ _____内浇道______ ______横浇道____ ______直浇道_____组成。 7._____落沙_____使用手工或机械使铸件或型砂、砂箱分开的操作。 二、单向选择题 1.下列使铸造特点的是（B ） A成本高 B 适应性广 C 精度高 D 铸件质量高 2.机床的床身一般选（ A ） A 铸造 B 锻造 C 焊接 D 冲压 3.造型时上下型的结合面称为（ D ） A 内腔 B 型芯 C 芯头 D 分型面 4.型芯是为了获得铸件的（ C ） A 外形 B 尺寸 C 内腔 D 表面 5.造型时不能用嘴吹芯砂和（ C ） A 型芯 B 工件 C 型砂 D 砂箱 6. 没有分型面的造型是（ A ） A 整体模造型 B 分开模造型 C 三箱造型 D 熔模造型 7.冒口的主要作用是排气和（ B ） A 熔渣 B 补缩 C 结构需要 D 防沙粒进入 8.浇铸时产生的抬箱跑火现象的原因是（C ） A 浇铸温度高 B 浇铸温度低 C 铸型未压紧 D 为开气孔 9.把熔炼后的铁液用浇包注入铸腔的过程时（ D ） A 合箱 B 落砂 C 清理 D 浇铸 10.铸件上有未完全融合的缝隙，接头处边缘圆滑是（B ） A 裂缝 B 冷隔 C 错型 D 砂眼 11.落砂后冒口要（ A ） A 清除 B 保留 C 保留但修毛刺 D 喷丸处理 12. 制造模样时尺寸放大是为了（ A ） A 留收缩量 B 留加工余量 C 造型需要 D 取模方便 13.型芯外伸部分叫芯头，作用是（D ） A 增强度 B 工件需要 C 形成工件内腔 D 定位和支撑芯子 14.手工造型时有一工具叫秋叶，作用是（C ） 金属材料热处理与加工应用题库及答案 目录 项目一金属材料与热处理 (2) 一、单选（共46 题） (2) 二、判断（共 2 题） (4) 三、填空（共15 题） (4) 四、名词解释（共12 题） (5) 五、简答（共 6 题） (5) 项目二热加工工艺 (7) 一、单选（共32 题） (7) 二、判断（共18 题） (8) 三、填空（共16 题） (9) 四、名词解释（共 5 题） (9) 五、简答（共14 题） (10) 项目三冷加工工艺 (13) 一、填空（共 3 题） (13) 二、简答（共 2 题） (13) 项目一 金属材料与热处理 一、单选（共 46 题） 1?金属a —Fe 属于（A ）晶格。 A.体心立方 B 面心立方 C 密排六方晶格 D 斜排立方晶格 2?铁与碳形成的稳定化合物 Fe 3C 称为：（C ） A.铁素体 B 奥氏体 C 渗碳体 D 珠光体 3.强度和硬度都较高的铁碳合金是 ：（ A )° A.珠光体 B 渗碳体 C 奥氏体 D.铁素体 4.碳在丫一Fe 中的间隙固溶体， 称为：（ B )° A.铁素体 B 奥氏体 C 渗碳体 D.珠光体 4.硬度高而极脆的铁碳合金是： C )。 A.铁素体 B 奥氏体 C 渗碳体 D.珠光体 5.由丫一Fe 转变成a —Fe 是属于：（ D )° A.共析转变 B 共晶转变 C 晶粒变 D.同素异构转变 6.铁素体（F ） 是：（ D ）。 A.纯铁 B 混合物 C 化合物 D.固溶体 7.金属结晶时， 冷却速度越快，其实际结晶温度将：（ B ）。 A. 越高 B 越低 C 越接近理论结晶温度 D 固溶体 8.为细化晶粒， 可采用：（ B 。 A.快速浇注 B 加变质剂 C.以砂型代金属型 D.固溶体 9.晶体中的位错属于：（ C ）。 A.体缺陷 B 面缺陷 C 线缺陷 D.点缺 陷 10. 下列哪种是 高级优质钢：（ C )。 A.10 号钢 B.T 7 C.T 8 A D.30Cr 11. 优质碳素结构钢“ 4 5”，其中钢的平均含碳量为：（ C ）。 A.45% B0.O45 % C0.45 % D4.5 % 12. 优质碳钢的钢号是以（ A ）命名。 A.含碳量 B 硬度 C 抗拉强度 D 屈服极限 13. 优质碳素钢之所以优质，是因为有害成分（ B ）含量少。 A.碳 B.硫 C.硅 D.锰 14. 碳素工具钢的钢号中数字表示钢中平均含碳量的（ C ）。 A.十分数 B.百分数 C.千分数 D.万分数 1 5 .碳钢中含硫量过高时，将容易引起（ B ）。 A.冷脆 B 热脆 C 氢脆 D.兰脆 16.选用钢材应以（ C ）为基础。 A.硬度 B 含碳量 C 综合机械性能 D 价格 17.属于中碳钢的是（B ）° A.20 号钢 B.30号钢 C.60 号钢 D.70 号 钢 18.下列金属中， 焊接性最差的是（ D )。 A. 低碳钢 B 中碳钢 C.高碳钢 D.铸铁 第一篇金属材料材料导论 第一章金属材料的主要性能 第一节金属材料的力学性能 力学性能的定义：材料在外力作用下，表现出的性能。 一、强度与塑性 概念：应力；应变 拉伸实验 F（ k· F ?L（mm） ?L e 1.强度： 定义：塑性变形、断裂的能力。 衡量指标：屈服强度、抗拉强度。 （1）屈服点： 定义：发生屈服现象时的应力。 公式：σs＝F s/A o（MPa） （2）抗拉强度： 定义：最大应力值。 公式：σb＝F b/A o 2.塑性： 定义：发生塑性变形，不破坏的能力。 衡量指标：伸长率、断面收缩率。 （1）伸长率： 定义： 公式：δ＝（L1－L0）/L0×100％ （2）断面收缩率： 定义： 公式：Ψ＝（A0－A1）/A0×100％ 总结：δ、Ψ越大，塑性越好，越易变形但不会断裂。 二、硬度 硬度： 定义：抵抗更硬物体压入的能力。 衡量：布氏硬度、洛氏硬度等。 1.布氏硬度：HB （1）应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。 （2）优缺点：精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。 2.洛氏硬度：HRC用的最多 一定锥形的金刚石（淬火钢球），在规定载荷和时间后，测出的压痕深度差即硬度的大小（表盘表示）。 （1）应用范围：钢及合金钢。 （2）优缺点：测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。 总结：数值越大，硬度越高。 第二章铁碳合金 第一节纯铁的晶体结构及其同素异晶转变 一、金属的结晶 结晶：液态金属凝结成固态金属的现象。 实际结晶温度－金属以实际冷却速度冷却结晶得到的结晶温度Tn。一、金属结晶的过冷现象： 金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，Tn 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 ，其图形如图题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； C M O S集成电路制造工艺 流程 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 陕西国防工业职业技术学院课程报告 课程微电子产品开发与应用 论文题目CMOS集成电路制造工艺流程 班级电子3141 姓名及学号王京（24#） 任课教师张喜凤 目录 CMOS集成电路制造工艺流程 摘要：本文介绍了CMOS集成电路的制造工艺流程，主要制造工艺及各工艺步骤中的核心要素，及CMOS器件的应用。 引言：集成电路的设计与测试是当代计算机技术研究的主要问题之一。硅双极工艺面世后约3年时间，于1962年又开发出硅平面MOS工艺技术，并制成了MOS集成电路。与双极集成电路相比，MOS集成电路的功耗低、结构简单、集成度和成品率高，但工作速度较慢。由于它们各具优劣势，且各自有适合的应用场合，双极集成工艺和MOS集成工艺便齐头平行发展。 关键词：工艺技术，CMOS制造工艺流程 1.CMOS器件 CMOS器件，是NMOS和PMOS晶体管形成的互补结构，电流小，功耗低，早期的CMOS电路速度较慢，后来不断得到改进，现已大大提高了速度。 分类 CMOS器件也有不同的结构，如铝栅和硅栅CMOS、以及p阱、n阱和双阱CMOS。铝栅CMOS和硅栅CMOS的主要差别，是器件的栅极结构所用材料的不同。P阱CMOS，则是在n型硅衬底上制造p沟管，在p阱中制造n沟管，其阱可采用外延法、扩散法或离子注入方法形成。该工艺应用得最早，也是应用得最广的工艺，适用于标准CMOS电路及CMOS与双极npn兼容的电路。N阱CMOS，是在p型硅衬底上制造n沟晶体管，在n阱中制造p沟晶体管，其阱一般采用离子注入方法形成。该工艺可使NMOS晶体管的性能最优化，适用于制造以NMOS为主的CMOS以及E/D－NMOS和p沟MOS兼容的CMOS电路。双阱CMOS，是在低阻n＋衬底上再外延一层中高阻n――硅层，然后在外延层中制造n 阱和p阱，并分别在n、p阱中制造p沟和n沟晶体管，从而使PMOS和NMOS晶体管都在高阻、低浓度的阱中形成，有利于降低寄生电容，增加跨导，增强p沟和n沟晶体管的平衡性，适用于高性能电路的制造。 金属工艺学试题及答案 一、填空（每空0.5分，共10分） 1．影响金属充型能力的因素有：金属成分、温度和压力 和铸型填充条件。 2．可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。 3．镶嵌件一般用压力铸造方法制造，而离心铸造方法便 于浇注双金属铸件。 4．金属型铸造采用金属材料制作铸型，为保证铸件质量需要在工艺上常采取 的措施包括：喷刷涂料、保持合适的工作温度、严格控制开型时间、 浇注灰口铸铁件要防止产生白口组织。 5．锤上模锻的锻模模膛根据其功用不同，可分为模锻模膛、制坯模膛 两大类。 6．落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸 模刃口尺寸。 7．埋弧自动焊常用来焊接长的直线焊缝和较大直径的环形焊缝。 8．电弧燃烧非常稳定，可焊接很薄的箔材的电弧焊方法是等离子弧焊。 9．钎焊可根据钎料熔点的不同分为软钎焊和硬钎焊。 二、简答题（共15分） 1．什么是结构斜度？什么是拔模斜度？二者有何区别？（3分） 拔模斜度：铸件上垂直分型面的各个侧面应具有斜度，以便于把模样（或型芯）从型砂中（或从芯盒中）取出，并避免破坏型腔（或型芯）。此斜度称为拔模斜度。 结构斜度：凡垂直分型面的非加工表面都应设计出斜度，以利于造型时拔模，并确保型腔质量。 结构斜度是在零件图上非加工表面设计的斜度，一般斜度值比较大。 拔模斜度是在铸造工艺图上方便起模，在垂直分型面的各个侧面设计的工艺斜度，一般斜度比较小。有结构斜度的表面，不加工艺斜度。 2．下面铸件有几种分型面？分别在图上标出。大批量生产时应选哪一种？为什么？ （3分） 分模两箱造型，分型面只有一个，生产效率高； 型芯呈水平状态，便于安放且稳定。 3．说明模锻件为什么要有斜度和圆角？（2分） 斜度：便于从模膛中取出锻件； 圆角：增大锻件强度，使锻造时金属易于充满模膛，避免锻模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，从而提高锻模的使用寿命。 4．比较落料和拉深工序的凸凹模结构及间隙有什么不同？（2分） 落料的凸凹模有刃口，拉深凸凹模为圆角； 落料的凸凹模间间隙小，拉深凸凹模间间隙大，普通拉深时，Z=（1.1~1.2）S 5．防止焊接变形应采取哪些工艺措施？（3分） 焊前措施：合理布置焊缝，合理的焊接次序，反变形法，刚性夹持法。 焊后措施：机械矫正法，火焰加热矫正法 6．试比较电阻对焊和闪光对焊的焊接过程特点有何不同？（2分） 电阻对焊：先加压，后通电； 闪光对焊：先通电，后加压。 三、修改不合理的结构，将修改后的图画出来。（每图1分，共10分） 砂型铸件砂型铸件 砂型铸件砂型铸件 自由锻件模锻件（孔径20mm，孔深65mm） 铸造将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法 液态合金的充型能力液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力 缩孔它是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件的内层，但在某些情况下，可暴露在铸件的上表面，呈明显的凹坑。 缩松分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。当缩松与缩孔的容积相同时，缩松的分布面积要比缩孔大得多。缩松的形成原因也是由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或者，因合金呈糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所致。 热应力它是由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。 机械应力它是合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力 热裂热裂是在高温下形成的裂纹。其形状特征是：缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色 结晶：金属的结晶就是金属液体转变为晶体的过程，亦即金属原子由无序到有序的排列过程。 热处理：就是将钢在固态下，通过加热、保温和冷却，以改变钢的组织，从而获得所需性能的工艺方法。 冷裂冷裂是在低温下形成的裂纹。其形状特征是：裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内呈轻微的氧化色 可锻铸铁可锻铸铁又称为玛铁。它是将白口铸铁经石墨化退火而形 成的一种铸铁。 球墨铸铁球墨铸铁是上世纪40年代末发展起来的一种铸造合金， 它是向出炉的铁水中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁。 起模斜度为了使模样（或型芯）便于从砂型（或芯盒）中取出，凡 垂直于分型面的立壁在制造模样时，必须留出一定的倾斜度（图2-36）， 此倾斜度称为起模斜度。 熔模铸造用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂耐火材料，经硬 化之后，再将模样熔化以排出型外，从而获得无分型面的铸型。由于 模样广泛采用蜡质材料来制造，故又常将熔模铸造称为“失蜡铸造”。 金属型铸造将液态合金浇人金属铸型、以获得铸件的一种铸造方法。由于金属铸型可反复使用多次（几百次到几千次），故有永久型铸造之称 压力铸造简称压铸。它是在高压下（比压约为5～150MPa）将液态或半液态合金快速地压人金属铸型中，并在压力下凝固，以获得铸件的方法 离心铸造将液态合金浇人高速旋转（250～1500 r/min）的铸型，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶 利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属压力加工，又称金属塑性加工。轧制金属坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。拉拔金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 挤压金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形的加工方法。 锻造金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。 超大规模集成电路及其生产工艺流程 现今世界上超大规模集成电路厂（Integrated Circuit, 简称IC，台湾称之为晶圆厂）主要集中分布于美国、日本、西欧、新加坡及台湾等少数发达国家和地区，其中台湾地区占有举足轻重的地位。但由于近年来台湾地区历经地震、金融危机、政府更迭等一系列事件影响，使得本来就存在资源匮乏、市场狭小、人心浮动的台湾岛更加动荡不安，于是就引发了一场晶圆厂外迁的风潮。而具有幅员辽阔、资源充足、巨大潜在市场、充沛的人力资源供给等方面优势的祖国大陆当然顺理成章地成为了其首选的迁往地。 晶圆厂所生产的产品实际上包括两大部分：晶圆切片（也简称为晶圆）和超大规模集成电路芯片（可简称为芯片）。前者只是一片像镜子一样的光滑圆形薄片，从严格的意义上来讲，并没有什么实际应用价值，只不过是供其后芯片生产工序深加工的原材料。而后者才是直接应用在应在计算机、电子、通讯等许多行业上的最终产品，它可以包括CPU、内存单元和其它各种专业应用芯片。 一、晶圆 所谓晶圆实际上就是我国以往习惯上所称的单晶硅，在六、七十年代我国就已研制出了单晶硅，并被列为当年的十天新闻之一。但由于其后续的集成电路制造工序繁多（从原料开始融炼到最终产品包装大约需400多道工序）、工艺复杂且技术难度非常高，以后多年我国一直末能完全掌握其一系列关键技术。所以至今仅能很小规模地生产其部分产品，不能形成规模经济生产，在质量和数量上与一些已形成完整晶圆制造业的发达国家和地区相比存在着巨大的差距。 二、晶圆的生产工艺流程： 从大的方面来讲，晶圆生产包括晶棒制造和晶片制造两面大步骤，它又可细分为以下几道主要工序（其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部属晶片制造，所以有时又统称它们为晶柱切片后处理工序）： 多晶硅——单晶硅——晶棒成长——晶棒裁切与检测——外径研磨——切片——圆边——表层研磨——蚀刻——去疵——抛光—（外延——蚀刻——去疵）—清洗——检验——包装 1、晶棒成长工序：它又可细分为： 1）、融化（Melt Down）：将块状的高纯度多晶硅置石英坩锅内，加热到其熔点1420℃以上，使其完全融化。2）、颈部成长（Neck Growth）：待硅融浆的温度稳定之后，将，〈1.0.0〉方向的晶种慢慢插入其中，接着将晶种慢慢往上提升，使其直径缩小到一定尺寸（一般约6mm左右），维持此真径并拉长100---200mm，以消除晶种内的晶粒排列取向差异。 3）、晶冠成长（Crown Growth）：颈部成长完成后，慢慢降低提升速度和温度，使颈直径逐渐加响应到所需尺寸（如5、6、8、12时等）。 4）、晶体成长（Body Growth）：不断调整提升速度和融炼温度，维持固定的晶棒直径，只到晶棒长度达到预定值。 5、）尾部成长（Tail Growth）：当晶棒长度达到预定值后再逐渐加快提升速度并提高融炼温度，使晶棒直径逐渐变小，以避免因热应力造成排差和滑移等现象产生，最终使晶棒与液面完全分离。到此即得到一根完整的晶棒。 2、晶棒裁切与检测（Cutting & Inspection）：将长成的晶棒去掉直径偏小的头、尾部分，并对尺寸进行检测，以决定下步加工的工艺参数。 3、外径研磨（Surface Grinding & Shaping）：由于在晶棒成长过程中，其外径尺寸和圆度均有一定偏差，其外园柱面也凹凸不平，所以必须对外径进行修整、研磨，使其尺寸、形状误差均小于允许偏差。 4、切片（Wire Saw Slicing）：由于硅的硬度非常大，所以在本序里，采用环状、其内径边缘嵌有钻石颗粒的薄锯片将晶棒切割成一片片薄片。 5、圆边（Edge profiling）：由于刚切下来的晶片外边缘很锋利，单晶硅又是脆性材料，为避免边角崩裂影响晶片强度、破坏晶片表面光洁和对后工序带来污染颗粒，必须用专用的电脑控制设备自动修整晶片边缘形状和外径尺寸。 6、研磨（Lapping）：研磨的目的在于去掉切割时在晶片表面产生的锯痕和破损，使晶片表面达到所要求的光洁度。 金 属 工 艺 学 第 五 版 上 册纲要 强度：金属材料在里作用下，抵抗塑性变形和断裂能力。指标：屈服点（σs）、抗拉强度（σb）。 塑性：金属材料在力作用下产生不可逆永久变形能力。指标：伸长率（δ）、断面收缩率（ψ）硬度：金属材料表面抵抗局部变形，特别是塑性变形压痕、划痕能力。 1布氏硬度：HBS（淬火钢球）。HBW（硬质合金球） 指标：2洛氏硬度：HR（金刚石圆锥体、淬火钢球或硬质和金球） 3韦氏硬度 习题： 1什么是应力，什么是应变？ 答：试样单位面积上拉称为应力，试样单位长度上伸长量称为应变。 5、下列符号所示力学性能指标名称和含义是什么？ 答：σb：抗拉强度，材料抵抗断裂最大应力。 σs：屈服强度，塑性材料抵抗塑性变形最大应力。 σ0.2：条件屈服强度，脆性材料抵抗塑性变形最大应力 σ-1：疲劳强度，材料抵抗疲劳断裂最大应力。 δ：延伸率，衡量材料塑性指标。 αk：冲击韧性，材料单位面积上吸取冲击功。 HRC：洛氏硬度，HBS：压头为淬火钢球布氏硬度。HBW：压头为硬质合金球布氏硬度。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。冷却速度越快，实际结晶温度越低，过冷度越大。 纯金属结晶涉及晶核形成和晶核长大。 同一成分金属，晶粒越细气强度、硬度越高，并且塑性和韧性也越好。 因素：晶粒越细，晶界越多，而晶界是一种原子排列向另一种原子排列过度，晶界上排列是犬牙交错，变形是靠位错变移或位移来实现，晶界越多，要跃过障碍越多。 1提高冷却速度，以增长晶核数目。 2在金属浇注之前，向金属液中加入变质剂进行变质解决，以增长外来晶核，还可以采用热解决或塑性加工办法，使固态金属晶粒细化。 3采用机械、超声波振动，电磁搅拌等 合金：两种或两种以上金属元素，或金属与非金属元素溶合在一起，构成具备金属特性新物质。构成元素成为成员。 1、固溶体：溶质原子溶入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型金属晶体。铁碳合金组织可分为： 2、金属化合物：各成员按一定整数比结合而成、并具备金属性质 均匀物质（渗碳体） 3、机械混合物：结晶过程所形成两相混合组织。 第一篇金属材料的基本知识 第一章金属材料的主要性能 金属材料的力学性能又称机械性能，是金属材料在力的作用所表现出来的性能。 零件的受力情况有静载荷，动载荷和交变载荷之分。用于衡量在静载荷作用下的力学性能指 标有强度，塑性和硬度等；在动载荷和作用下的力学性能指标有冲击韧度等；在交变载荷作用下的力学性能指标有疲劳强度等。 金属材料的强度和塑性是通过拉伸试验测定的。 P6低碳钢的拉伸曲线图 1，强度 强度是金属材料在力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。 强度有多种指标，工程上以屈服点和强度最为常用。 屈服点：δs是拉伸产生屈服时的应力。 产生屈服时的应力=屈服时所承受的最大载荷/原始截面积 对于没有明显屈服现象的金属材料，工程上规定以席位产生0.2%变形时的应力，作为该材 料的屈服点。 抗拉强度：δb是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力。 拉断前所能承受的最大应力=拉断前所承受的最大载荷/原始截面积 2，塑性 塑性是金属材料在力的作用下，产生不可逆永久变形的能力。 常用的塑性指标是伸长率和断面收缩率。 伸长率：δ试样拉断后，其标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。 伸长率=（原始标距长度－拉断后的标距长度）÷拉断后的标距长度×100% 伸长率的数值与试样尺寸有关，因而试验时应对所选定的试样尺寸作出规定，以便进行比较。同一种材料的δ5 比δ10要大一些。 断面收缩率：试样拉断后，缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收 缩率，以ψ表示。 收缩率=（原始横截面积－断口处横截面积）÷原始横截面积×100% 伸长率和断面收缩率的数值愈大，表示材料的塑性愈好。 3，硬度 金属材料表面抵抗局部变形（特别是塑性变形、压痕、划痕）的能力称为硬度。 金属材料的硬度是在硬度计上测出的。常用的有布氏硬度法和洛氏硬度法。 1，布氏硬度（HB） 是以直径为D的淬火钢球HBS或硬质合金球HBW为压头，在载荷的静压力下，将压头压 入被测材料的表面，停留若干秒后卸去载荷，然后采用带刻度的专用放大镜测出压痕直径d，并依据d的数值从专门的表格中查出相应的HB值。 布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。是测量费时，且压痕较大，不适于成品检验。2，洛氏硬度(HR) 是将压头（金刚石圆锥体、淬火钢球或合金球）施以100N的初始压力，使压头与试样始终 保持紧密接触。然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷，以残余压痕尝试计算其 硬度值。实际测量时，由刻度盘上的指针直接指示出HR值。 洛氏硬度法测试简便、迅速，因压痕小、不损伤零件，可用于成品检验。其缺点是测得的硬 度值重复性较差，需在不同部位测量数次。 3，韧性 摘要 集成电路广泛应用于生活生产中，对其深入了解很有必要，在此完论文中整的阐述集成电路原理及其制造工艺本报告从集成电路的最初设计制造开始讲起全面讲述了集成电路的整个发展过程制造工艺以及集成电路未来的发展前途。集成电路广泛应用于生活的各个领域，特别是超大规模集成电路应用之后，使我们的生活方式有了翻天覆地的变化。各种电器小型化智能化给我们生活带来了各种方便。所以对于电子专业了解集成电路的是发展及其制造非常有必要的。关键词集成电路半导体晶体管激光蚀刻 集成电路的前世今生 说起集成电路就必须要提到它的组成最小单位晶体管。1947 年在美国的贝尔实验室威廉·邵克雷、约翰·巴顿和沃特·布拉顿成功地制造出第一个晶体管。晶体管的出现使电子元件由原来的电子管慢慢地向晶体管转变，是电器小型化低功耗化成为了可能。20 世纪最初的10 年，通信系统已开始应用半导体材料。开始出现了由半导体材料进行检波的矿石收音机。1945 年贝尔实验室布拉顿、巴丁等人组成的半导体研究小组经过一系列的实验和观察，逐步认识到半导体中电流放大效应产生的原因。布拉顿发现，在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，然后让另一根细针尽量靠近它，并通上微弱的电流，这样就会使原来的电流产生很大的变化。微弱电流少量的变化，会对另外的电流产生很大的影响，这就是“放大”作用。第一次在实验室实际验证的半导体的电流放大作用。不久之后他们制造出了能把音频信号放大100 倍的晶体管。晶体管最终被用到了集成电路上面。晶体管相对于电子管着它本身固有的优点： 1.构件没有消耗：无论多么优良的电子管，都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐老化。由于技术上的原因，晶体管制作之初也存在同样的问题。随着材料制作上的进步以及多方面的改善，晶体管的寿命一般比电子管长100 到1000 倍。2.消耗电能极少：耗电量仅为电子管的几十分之一。它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管的收音机只要几节干电池就可以半年。 3.不需预热：一开机就工作。用晶体管做的收音机一开就响，晶体管电视机一开就很快出现画面。电子管设备就做不到这一点。4.结实可靠：比电子管可靠100 倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。光有了晶体管还是不够，因为要把晶体管集成到一片半导体硅片上才能便于把电路集成把电子产品小型化。那怎么把晶体管集成呢，这便是后来出现的集成芯片。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性化。集成电路经过30 多年的发展由开始的小规模集成电路到到大规模集成电路再到现在的超大规模乃至巨大规模的集成电路，集成电路有了飞跃式的发展集成度也越来越高，从微米级别到现在的纳米级别。模拟集成电路主要是指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路。有许多的模拟集成电路，如运算放大器、模拟乘法器、锁相环、电源管理芯片等。模拟集成电路的主要构成电路有：放大器、滤波器、反馈 电路、基准源电路、开关电容电路等。数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号）。而集成电路的普及离不开因特尔公司。1968 年：罗伯特·诺 3、常用金属的塑性判断依据是断后伸长率和（） A 硬度 B 强度 C 断面收缩率 D 屈服极限 4、金属的韧性通常随温度降低（） A 变好 B 变差 C 不变 D 都不对 5、铁碳合金相图中，ECF线是（） A 液相线 B 共析线 C 固相线 D 共晶线 6、钢是以铁为主要元素的铁碳合金，一般含碳量小于（） A 0.77% B 2.11% C 4.3% D 6.69% 7、碳钢中常有杂质存在，其中有害元素是（） A 硅 B 锰 C 硫 D 碳 8、钢号45的优质碳素结构钢，其平均含碳量是（） A 45% B 4.5% C 0.45% D 0.045% 9、对铸钢ZG200——400说法正确的是（） A 200是屈服点的最低值 B 200是抗拉强度最低值 C 400是屈服点最低值 D 400是抗拉强度最高值 10、淬火后主要获得的室温组织为（） A 奥氏体 B 渗碳体 C 贝氏体 D 马氏体或贝氏体 11、对40Gr的说法正确的是（） A 渗碳钢 B 调质钢 C 工具钢 D 高速钢 12、下列用于制造弹簧的优质碳素结构钢为（） A Q195 B 08F C 35 D 65 13、T12中含碳量平均为（） A 12% B 0.12% C 1.2% D 0.012% 14、对完全退火说法正确的是（） A 能降低硬度 B 主要用于共析钢 C退火后组织为奥氏体 D 不利于切削加工 15、合金钢淬火时一般选用的冷却介质为（） A 水 B 油 C 盐水 D 石灰水 16、以提高钢件表面耐蚀力为目的，可选（） A 渗碳 B 淬火 C 高频加热表面淬火D渗氮 17、对W18Gr4V多次回火说法正确的是（） A 硬度降低 B 硬度升高C硬度不变 D 都不对 18、可锻铸铁中石墨是（） A 大片状 B 团絮状 C 球状 D 蠕虫状 19、当铸件某部位是白口铸铁时，将加热850——950保温，目的是（）金属工艺学试题及答案
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