半导体技术期末复习

1.20世纪上半叶对半导体产业发展做出贡献的4种不同产业。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，指出每个时代的时间段，并给出每个时代每个芯片上的元件数。P4

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5000-100000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.列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势。P8

1、提高芯片性能:提高速度和降低功耗。1）、器件做的越小，芯片上的器件就越多，芯片的速度就提高；2）、使用材料，通过芯片表面的电路和器件来提高电信号的传输。

2、提高芯片可靠性

3、降低芯片成本

原因：根本原因是得益于CD尺存的减小；半导体产品市场的大幅度增长。

4.什么是芯片的关键尺寸？这种尺寸为何重要？P9

芯片的物理尺寸特征被称为特征尺寸，最小的特征尺寸称为关键尺寸。

将CD作为定义制造复杂性水平的标准，也就是如果你拥有在硅片上制造某种CD的能力，那你就能加工其他所有特征尺寸，由于这些尺寸更大，因此更容易生产。例如，如果芯片上的最小尺寸是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的可应用CD .

5.什么是摩尔定律？它预测了什么？这个定律正确吗？P10

1964年摩尔预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番（后来在1975年被修正为预计每18个月翻一番）。摩尔定律惊人的准确！

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。

在硅晶体中掺入硼，硼是Ⅲ族元素，硼替代原有硅原子位置，由于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，而本身接受一个电子称为带负电的离子，通常我们称这种杂质为受主杂质。这种半导体主要依靠受主提供的空穴导电，这种依靠空穴导电的半导体称为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。

在As中掺入Ge ，Ge 是V族元素杂质，Ge杂质会替代原来硅原子的位置，与周围的硅原子形成共价键，多余的一个电子便成了能够导电的自由电子，本身变成带正电的离子，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的电子导电，这种依靠电子导电的半导体称为n型半导体。

8.半导体内的载流子三种运动：载流子的扩散运动，载流子的热运动和载流子的漂移运动。

9.双极晶体管有多少个电极、结和类型？电极的名称分别是什么？类型名称分别是什么？P46

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.其他电极形成物理的pn结。场效应管（FET）的两种基本类型是什么？他们之间的主要区别是什么？P50

答：结型（JFET）和金属-氧化物型（MOSFET）半导体。

区别是：MOSFET作为场效应晶体管输入端的栅极由一层薄介质与晶体管的其他两极绝缘。JFET的栅极实际上同晶体管

11.半导体级硅有多纯？P64

9个9

12.描述非晶材料。为什么这种硅不能用于硅片？P65

非晶材料指的是非晶固体材料，它们没有重复的结构，并且在原子级结构上体现的是杂乱的结构。非晶硅对生产半导体器件所需的硅片来讲是没有任何用处的，这是因为器件的许多电学和机械性质都与它的原子级结构有关，这就要求重复性的结构使得芯片与芯片之间的性能有重复性。

13.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重复排列

14.什么是晶体缺陷？P73

晶体缺陷指的是在重复排列的晶胞结构中出现的任何中断。研究晶体缺陷是非常重要的，因为它对半导体的电学特性有破坏作用。在硅中主要存在三种普遍的缺陷形式：

点缺陷：原子层面的局部缺陷，包括空位缺陷、间隙原子缺陷和Frenkel缺陷

位错：错位的晶胞

层错：晶体结构的缺陷

15.什么是物质的四种形态？试分别描述之。P87

固体、液体、气体和等离子体（电离的气体）

16.吸收和吸附之间有什么不同？P91-92

吸收:物质吸取其他实物或能量的过程。气体被液体或固体吸取，或液体被固体所吸取。在吸收过程中，一种物质将另一种物质吸进体内与其融和或化合。吸收是气体或液体进入其他材料的主要方式.

吸附是气体或液体被束缚在固体表面，被吸附的分子通过化学束缚或者物理吸引这样的弱束缚黏在物体表面。

17.什么是酸？列出在硅片厂中常用的三种酸。P95

酸是一种包含氢并且氢在水中裂解形成水合氢离子H3O+的溶液。硅片厂中常用的酸有HF,HCL, H2SO4, HNO3, H3PO4

18.什么是碱？列出在硅片厂中常用的三种碱。P96

碱是一类含有OH根的化合物，在溶液中发生水解生成氢氧根离子OH-。硅片厂中常用的碱有NaOH, NH4OH, KOH

19.什么是溶剂？列出在硅片厂中常用的三种溶剂。P97

溶剂是一种能够溶解其他物质形成溶液的物质。硅片厂中常用的溶剂有：去离子水，异丙醇、三氯乙烯、丙酮、二甲苯

20.说明五类净化间沾污。P107

沾污指的是半导体制造过程中引入半导体硅片的任何危害芯片成品率及电学性能的不希望有的物质。

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。

21.什么是等离子体？它对工艺腔有什么益处？P181

等离子体是一种中性、高能量、离子化的气体，包含中性原子或分子、带电离子和自由电子。等离子体可以提供发生在硅表面的气体反应所需要的大部分能量，因此被广泛应用于晶片制造的各个步骤；另一个应用是通过等离子体刻蚀选择性的去除金属。

22.硅片中氧化膜的用途

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、金属层间的介质层

23.如果热生长氧化层厚度为20000A，那么硅消耗多少？9200A. P215

2000×0.46=920（A）

24.氧化生长模式P251

（参考，暂时不考）

25.化学气相淀积P246

26.什么是快速热处理（RTP）？相比于传统炉其6大优点是什么？P228

快速热处理是在非常短的时间内将单个硅片加热至400~1300℃温度范围内的一种方法；1、温度均匀性好2、杂质运动最小3、硅片间的重复性4、产量高5、由于快速加热产生应力，增加了强度6、有利于绝对温度的测量

27.什么是薄膜？列举并描述可接受的薄膜的8个特征。P242

薄膜是指一种在衬底上生长的薄固体物质。如果一种固体物质具有三维尺寸，那么薄膜是指某一维（通常是厚度）远远小于另外两维上的尺寸。

1、好的台阶覆盖能力

2、填充高的深宽比间隙能力

3、好的厚度均匀性

4、高纯度和高密度

5、受控制的化学剂量

6、高度的结构完整性和低的膜应力

7、好的电学特性

8、对衬底材料或下层膜好的粘附性

28.列举并描述薄膜生长的三个阶段。P244

晶核形成，成束的稳定小晶核形成

聚集成束，也称为岛生长

形成连续的膜。

29.并描述CVD反应中的8个步骤。P247

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的淀积区域；

2、膜先驱物的形成：气相反应导致膜先驱物和副产物的形成；

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的表面扩散；

6、表面反应：表面化学反应导致膜淀积和副产物的生成；

7、副产物从表面移除：吸附表面反应的副产物；

8、副产物从反应表面腔移除：反应的副产物从淀积区域随气流流动到反应腔出口并排出。

30.什么是外延？解释自掺杂和外扩散。P267

外延就是在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层，新淀积的这层称为外延层。

自掺杂：掺杂杂质从衬底蒸发，或者是由于淀积过程中氯对硅片表面的腐蚀而自发进行的一种掺杂不均匀的现象。

外扩散：衬底作为掺杂杂质源扩散到外延层的一种不规则掺杂形式，称为外扩散。

31.定义分辨率。P312

分辨率：光刻中的一个重要的性能指标，是将硅片上两个邻近的特征图形区分开来的能力。

32.解释负性和正性光刻的区别。P314

负性光刻：是把与掩膜板上相反的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，交联的光刻胶便不能在溶剂中被洗掉，是的光刻胶上图形与投影掩膜板上的图形相反。

正性光刻：是把与掩膜板上相同的图形复制到硅片上，曝光后的区域经历一种光化学反应，使得其在显影液中软化并可以溶解，形成的光刻胶的图形与投影掩膜板上的相同。

两者的区别在于光刻胶的种类不同。

33.列出光刻的8个步骤，并对每一步做出简要解释。P316

1、气相成底膜处理：目的是增强硅片和光刻胶之间的粘附性；

2、旋转涂胶：采用旋转的方式使得所涂光刻胶较为均匀；

3、软烘：目的是去除光刻胶中的溶剂；

4、对准和曝光：目的是将掩膜板上的图形转移到涂胶的硅片上，且光能激活光刻胶中的光敏成分；

5、曝光后烘培：对紫外光刻胶在100到110度之间进行烘培。紧随在光刻胶曝光之后；

6、显影：硅片表面光刻胶中产生图形的关键步骤，将光刻胶上可溶解区域被化学显影剂溶解，将可见的图形留在硅片表面；

7、坚膜烘培：显影后的热烘指的就是坚膜烘培，目的在于挥发掉存留的光刻胶溶剂，提高光刻胶对硅片表面的粘附性；

8、显影后检查：目的在于去顶光刻图形的质量。

34. 列出并解释两种形式的光波干涉。P344

相长干涉和相消干涉。

35. 什么是空间相干？为什么在光刻中控制它？P348

光是一种电磁波，在传播过程中，具有相同相位的不同光波在交汇点具有空间相干。空间相关可以通过光学系统加以控制，使图像中可能形成的干涉图像最小。如果不控制，在光刻胶上干涉结果看起来可能是亮暗点的粒状图形，被称做斑纹。

36. 什么是数值孔径？陈述它的公式，包括近似公式。P353

透镜收集衍射光的能力称之为透镜的数值孔径。透镜数值孔径越大，其成像质量越高。其公式为sin r NA n n f θ==，其中n 为为图像介质的折射率 θ为主光轴与透镜边缘线的夹角， r 为透镜的半径，f 为透镜的焦距 37.

什么是抗反射涂层，它是怎样减小驻波的？P354 抗反射涂层：曝光光线通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的底层薄膜，在这层薄膜上涂上反光的涂层，就称为抗反射涂层。 抗反射涂层通过抑制曝光光束减少不想要的光反射，从而避免了入射光波与反射光波之间的干涉，抑制了驻波的产生。

38. 陈述分辨率公式。影响光刻分辨率的三个参数是什么？计算扫描光刻机的分辨率，假设波长是248nm ，NA 是0.65，k 是0.6。 P358

在光刻中，分辨率定义为清晰分辨出硅片上间隔很近的特征图像的能力。分辨率对任何光学系统都是一个重要的参数，并且对光刻非常关键，因为我们需要在硅片上制造出极小的器件尺寸。分辨率公式R 为：k R NA

λ=，其中λ为光源的波长，NA 为曝光光学系统的数值孔径。因而，影响光刻分辨率的三个参数为波长、数值孔径和工艺因子。

39. 给出焦深和焦面的定义。写出计算焦深的公式。P359

焦点周围的一个范围，在这个范围内图像连续地保持清晰，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佳图像的点。焦深是焦点上面和下面的范围，在该范围内能量相对为常量。焦深方程为22()DOF NA λ

=在光刻中，对图像质量起关键作用的两个因素是

分辨率和焦深。当数值孔径增加后，透镜就可以捕获更多的光学细节并且系统的分辨能力也增加了，相应地焦深就会减小。增加图像分辨率对亚微米特征尺寸是必须的，然而，焦深减小的结果是严重缩减了光学系统的工艺宽容度。所以在半导体制造中，既要获得更好的分辨率来形成关键尺寸的图形，又要保持合适的焦深。

40.刻蚀工艺有哪两种类型？简要描述各类刻蚀工艺。P405

两种基本刻蚀工艺：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的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应，从而去掉曝露的表面材料。是亚微米尺寸下刻蚀器件的最主要方法。

湿法腐蚀，利用液体化学试剂（例如酸、碱、溶剂）以化学方式去除硅片表面的材料。一般适用于尺寸较大的情况。

41.讨论刻蚀残留物，他们为什么产生以及要怎样去除？P410

刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面不想要的材料，主要覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形的底部。

它的产生有多种原因，例如被刻蚀膜层中的污染物、选择了不合适的化学刻蚀剂、腔体中的污染物、膜层中不均匀的杂质分布。

刻蚀残留物是IC制造过程中的硅片污染源，并能在去除光刻胶过程中带来一些问题。为了去除刻蚀残留物，有时在刻蚀完成后会进行过刻蚀。在一些情况下，刻蚀残留物可以在去除光刻胶的过程中或用湿法化学腐蚀去掉。

42.什么是刻蚀中的等离子体诱导损伤，以及这些损伤带来什么问题P411

包含带能离子、电子和激发分子的等离子体可引起对硅片上的敏感器件引起等离子体诱导损伤。一种主要的损伤是非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷阱电荷，引起薄栅氧化硅的击穿。另一种器件损伤是能量离子对曝露的栅氧化层的轰击。在刻蚀过程中，这种损伤在刻蚀的时候能在栅电极的边缘发生。

43.倒掺杂P466

在阱的同一区域内，先采用高能量、大剂量的杂质注入，然后采用低能量、浅结深和小掺杂剂量的注入。

倒掺杂技术使得源漏极在衬底深处的掺杂浓度较大，而表面掺杂浓度较小，这样既保证了沟道打开时有足够的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

离子注入是通过高压离子轰击把杂质引入硅片的过程，杂质通过与硅片发生原子级的高能碰撞，才能被注入，是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，以改变其电学性能的方法。它是一个物理过程，不发生化学反应。

45.硅片制造的常用杂质. P442

受主杂质：硼、铝、镓、铟；

施主杂质：氮、磷、砷、锑。

46.列举并解释扩散的三个步骤.P445

硅中固态杂质的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的一层，且其表面浓度是恒定的。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，用以使淀积的杂质穿过硅晶体，在硅片中形成期望的节深。

激活：这时的温度要稍微升高一点，使杂质原子与晶格中的硅原子键合。这个过程激活了杂质原子，改变了硅的电导率。

47.杂质的固溶极限P446

在一定的温度下，硅能吸收的杂质数量是一定的，称之为固溶度极限。

48.什么是射程？解释能量与射程之间的关系。P450

离子射程指的是离子注入过程中，离子穿入硅片的总距离。注入机的能量越高，意味着杂质原子能穿入硅片越深，射程就越大。

49.描述注入过程中的两种主要能量损失机制。P451

注入离子在穿行硅片的过程中与硅原子发生碰撞，导致能量损失，并最终停止在某一深度。两个主要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的电子发生反应造成的。核阻碍是由于杂质原子与硅原子发生碰撞，造成硅原子的移位。

50.离子束扩散和空间电荷中和P458

由于电荷之间的相互排斥，所以一束仅包含正电荷的离子束本身是不稳定的，容易造成离子束膨胀，即离子束的直径在行程过程中不断增大，最终导致注入不均匀。

离子束扩大可以用二次电子中和正离子的方法缓解，被称为空间电荷中和。

实验讲义-半导体材料吸收光谱测试分析2015

半导体材料吸收光谱测试分析 一、实验目的 1.掌握半导体材料的能带结构与特点、半导体材料禁带宽度的测量原理与方法。 2.掌握紫外可见分光光度计的构造、使用方法和光吸收定律。 二、实验仪器及材料 紫外可见分光光度计及其消耗品如氘灯、钨灯，玻璃基ZnO薄膜。 三、实验原理 1.紫外可见分光光度计的构造、光吸收定律 (1)仪器构造：光源、单色器、吸收池、检测器、显示记录系统。 a．光源：钨灯或卤钨灯——可见光源，350~1000nm；氢灯或氘灯——紫外光源，200~360nm。 b．单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件 色散元件：棱镜——对不同波长的光折射率不同分出光波长不等距； 光栅——衍射和干涉分出光波长等距。 c．吸收池：玻璃——能吸收UV光，仅适用于可见光区；石英——不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区。 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致） d．检测器：将光信号转变为电信号的装置。如：光电池、光电管（红敏和蓝敏）、光电倍增管、二极管阵列检测器。 紫外可见分光光度计的工作流程如下： 0.575 光源单色器吸收池检测器显示双光束紫外可见分光光度计则为： 双光束紫外可见分光光度计的光路图如下：

(2)光吸收定律 单色光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律： x x e I I?- =α d t e I I?- =α 0(1) I0：入射光强；I x：透过厚度x的光强；I t：透过膜薄的光强；α：材料吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关。 透射率T为： d e I I T?- = =α t (2) 则 d e T d? = =?α α ln ) /1 ln( 透射光I t

先进制造技术考试复习题及答案

6.绿色设计的主要内容包括：____________、____________、____________、____________和____________。 7.柔性制造系统组成包括：____________、____________和____________。 8.PDM四层体系结构分别为：____________、____________、____________和____________。 9.CIMS分为五个层次，即：____________、____________、____________、____________和____________。 10.MRP和MRPⅡ分别指____________和____________，而ERP指__________，其核心思想是____________。 二、判断题 1. 并行工程的主要目标是缩短产品的开发周期，降低产品的质量，提高产品的成本，从而增强企业的竞争力。（×） 2. 电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学腐蚀将工件加工成形。电解加工的工具（阴极）发生溶解，可长期使用。可在一个工序内完成复杂形状的加工。（×） 3. 柔性制造系统是由数控加工设备（或FMC）,物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。（√） 4. 特种加工是指直接利用电能、声能、光能、电化学能、热能以及特殊机械能对材料进行加工，它与传统的切削加工方法相比具有许多特点：在加工过程中工具与工件之间没有显著的切削力；加工用的工具材料硬度可以低于被加工材料的硬度；能用简单的运动加工出复杂的型面。（√） 5. FMS可使工艺人员避免查阅冗长的资料、数值计算，填写表格等重复的繁重工作，大幅度地提高工艺人员的工作效率，提高生产工艺水平和产品质量。 （×） 6.制造技术就是指按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称。（√） 三、名词解释 1.DFC DFC Design For Cost的意思是面向成本的设计，它最早出现于九十年代初期，属于并行工程中的DFX（Design For X）技术的一个分支。面向成本的设计是指在满足用户需求的前提下，尽可能地降低成本，通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产品全生命周期中的各个部分的成本组成情况，并进行评价后，对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改，以达到降低成本的设计方法。DFC将成本作为设计的一个关键参数，并为设计者提供分析、评价成本的支持工具。 2.FMS 柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统，英文缩写为FMS。FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。 3.CE 并行工程即concurrent engineering，简称CE，是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程（包括制造过程和相关过程）的一种系统方法。换句话说，就是融合公司的一

半导体材料能带测试及计算

半导体材料能带测试及计算 对于半导体，是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，其具有一定的带隙(E g)。通常对半导体材料而言，采用合适的光激发能够激发价带(VB)的电子激发到导带(CB)，产生电子与空穴对。 图1. 半导体的带隙结构示意图。 在研究中，结构决定性能，对半导体的能带结构测试十分关键。通过对半导体的结构进行表征，可以通过其电子能带结构对其光电性能进行解析。对于半导体的能带结构进行测试及分析，通常应用的方法有以下几种(如图2)： 1.紫外可见漫反射测试及计算带隙E g； 2.VB XPS测得价带位置(E v)； 3.SRPES测得E f、E v以及缺陷态位置； 4.通过测试Mott-Schottky曲线得到平带电势； 5.通过电负性计算得到能带位置. 图2. 半导体的带隙结构常见测试方式。 1.紫外可见漫反射测试及计算带隙 紫外可见漫反射测试 2.制样：

背景测试制样：往图3左图所示的样品槽中加入适量的BaSO4粉末（由于BaSO4粉末几乎对光没有吸收，可做背景测试），然后用盖玻片将BaSO4粉末压实，使得BaSO4粉末填充整个样品槽，并压成一个平面，不能有凸出和凹陷，否者会影响测试结果。 样品测试制样：若样品较多足以填充样品槽，可以直接将样品填充样品槽并用盖玻片压平；若样品测试不够填充样品槽，可与BaSO4粉末混合，制成一系列等质量分数的样品，填充样品槽并用盖玻片压平。 图3. 紫外可见漫反射测试中的制样过程图。 1.测试： 用积分球进行测试紫外可见漫反射（UV-Vis DRS），采用背景测试样（BaSO4粉末）测试背景基线（选择R%模式），以其为background测试基线，然后将样品放入到样品卡槽中进行测试，得到紫外可见漫反射光谱。测试完一个样品后，重新制样，继续进行测试。 ?测试数据处理 数据的处理主要有两种方法：截线法和Tauc plot法。截线法的基本原理是认为半导体的带边波长（λg）决定于禁带宽度E g。两者之间存在E g(eV)=hc/λg=1240/λg(nm)的数量关系，可以通过求取λg来得到E g。由于目前很少用到这种方法，故不做详细介绍，以下主要来介绍Tauc plot法。 具体操作： 1、一般通过UV-Vis DRS测试可以得到样品在不同波长下的吸收，如图4所示; 图4. 紫外可见漫反射图。

8、半导体材料吸收光谱测试分析

半导体材料吸收光谱测试分析 一、实验目的 1.掌握半导体材料的能带结构与特点、半导体材料禁带宽度的测量原理与方法。 2.掌握紫外可见分光光度计的构造、使用方法和光吸收定律。 二、实验仪器及材料 紫外可见分光光度计及其消耗品如氘灯、钨灯、绘图打印机，玻璃基ZnO 薄膜。 三、实验原理 1.紫外可见分光光度计的构造、光吸收定律 UV762双光束紫外可见分光光度计外观图： (1)仪器构造：光源、单色器、吸收池、检测器、显示记录系统。 a ．光源：钨灯或卤钨灯——可见光源，350~1000nm ；氢灯或氘灯——紫外光源，200~360nm 。 b ．单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件 色散元件：棱镜——对不同波长的光折射率不同分出光波长不等距； 光栅——衍射和干涉分出光波长等距。 c ．吸收池：玻璃——能吸收UV 光，仅适用于可见光区；石英——不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区。 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致） d ．检测器：将光信号转变为电信号的装置。如：光电池、光电管（红敏和蓝敏）、光电倍增管、二极管阵列检测器。 紫外可见分光光度计的工作流程如下： 光源 单色器 吸收池 检测器 显示 双光束紫外可见分光光度计则为：

双光束紫外可见分光光度计的光路图如下： (2)光吸收定律 单色光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律： x x e I I ?-=α0 d t e I I ?-=α0 (1) I 0：入射光强；I x ：透过厚度x 的光强；I t ：透过膜薄的光强；α：材料吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关。 透射率T 为： d e I I T ?-==α0 t (2)

半导体工艺与制造技术习题答案(第四章 离子注入)

第四章 离子注入与快速热处理 1.下图为一个典型的离子注入系统。 （1）给出1-6数字标识部分的名称，简述其作用。 （2）阐述部件2的工作原理。 答：（1）1：离子源，用于产生注入用的离子； 2：分析磁块，用于将分选所需的离子； 3：加速器，使离子获得所需能量； 4：中性束闸与中性束阱，使中性原子束因直线前进不能达到靶室； 5：X & Y 扫描板，使离子在整个靶片上均匀注入； 6：法拉第杯，收集束流测量注入剂量。 （2）由离子源引出的离子流含有各种成分，其中大多数是电离的，离子束进入一个低压腔体内，该腔体内的磁场方向垂直于离子束的速度方向，利用磁场对荷质比不同的离子产生的偏转作用大小不同，偏转半径由公式： 决定。最后在特定半径位置采用一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。 2.离子在靶内运动时，损失能量可分为核阻滞和电子阻滞，解释什么是核阻滞、电子阻滞？两种阻滞本领与注入离子能量具体有何关系？ 答：核阻滞即核碰撞，是注入离子与靶原子核之间的相互碰撞。因两者质量是同一数量级，一次碰撞可以损失很多能量，且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置，留下空位，形成缺陷。 电子阻滞即电子碰撞，是注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的相互碰撞。因离子质量比电子质量大很多，每次碰撞损失的能量很少，且都是小角度散射，且方向随机，故经多次散射，离子运动方向基本不变。 在一级近似下，核阻滞本领与能量无关；电子阻滞本领与能量的平方根成正比。 1 2 3 4 5 6

3.什么是离子注入横向效应？同等能量注入时，As和B哪种横向效应更大？为什么？ 答：离子注入的横向效应是指，注入过程中，除了垂直方向外，离子还向横向掩膜下部分进行移动，导致实际注入区域大于掩膜窗口的效应。 B的横向效应更大，因为在能量一定的情况下，轻离子比重离子的射程要深且标准差更大。 4.热退火用于消除离子注入造成的损伤，温度要低于杂质热扩散的温度，然而，杂质纵向分布仍会出现高斯展宽与拖尾现象，解释其原因。 答：离子注入后会对晶格造成简单晶格损伤和非晶层形成；损伤晶体空位密度要大于非损伤晶体，且存在大量间隙原子核其他缺陷，使扩散系数增大，扩散效应增强；故虽然热退火温度低于热扩散温度，但杂质的扩散也是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现象。 5.什么是离子注入中常发生的沟道效应（Channeling）和临界角？怎样避免沟道效应？ 答：沟道效应，即当离子入射方向平行于主晶轴时，将很少受到核碰撞，离子将沿沟道运动，注入深度很深。由于沟道效应，使注入离子浓度的分布产生很长的拖尾；对于轻原子注入到重原子靶内是，拖尾效应尤其明显。 临界角是用来衡量注入是否会发生沟道效应的一个阈值量，当离子的速度矢量与主要晶轴方向的夹角比临界角大得多的时候，则很少发生沟道效应。临界角可用下式表示： 6.什么是固相外延（SPE）及固相外延中存在的问题？ 答：固相外延是指半导体单晶上的非晶层在低于该材料的熔点或共晶点温度下外延再结晶的过程。热退火的过程就是一个固相外延的过程。 高剂量注入会导致稳定的位错环，非晶区在经过热退火固相外延后，位错环的最大浓度会位于非晶和晶体硅的界面处，这样的界面缺陷称为射程末端缺陷。若位错环位于PN结耗尽区附近，会产生大的漏电流，位错环与金属杂质结合时更严重。因此，选择的退火过程应当能够产生足够的杂质扩散，使位错环处于高掺杂区，同时又被阻挡在器件工作时的耗尽区之外。 7.离子注入在半导体工艺中有哪些常见应用？ 答：阱注入、VT调整注入，轻掺杂漏极（LDD），源漏离子注入，形成SOI结构。 8.简述RTP设备的工作原理，相对于传统高温炉管它有什么优势？ 答：RTP设备是利用加热灯管通过热辐射的方式选择性加热硅片，使得硅片在极短的时间内达到目标温度并稳定维持一段时间。相对于传统高温炉管，RTP设备热处理时间短，热预算小，冷壁工艺减少硅片污染。 9.简述RTP在集成电路制造中的常见应用。 答：RTP常用于退火后损失修复、杂质的快速热激活、介质的快速热加工、硅化物和接触的形成等。 10.采用无定形掩膜的情况下进行注入，若掩膜/衬底界面的杂质浓度减少至峰值

先进制造技术试卷与答案

《先进制造技术》试题 考试说明： 1.首先下载试题及《标准答卷模版》，完成答题后，答卷从网上提交。 2.答卷电子稿命名原则：学号.doc。如：11031020512002.doc。 3.网上提交起止时间：2016年5月16日8：00—6月16日18：00。 试题： 一、简述先进制造技术的特点有哪些？（15分） 二、车削中心应具有哪些特征，其工艺范围是什么？（15分） 三、什么是智能制造系统？为什么说智能制造是影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。（15分） 四、试阐述立体光刻技术的具体实现方法。（20分） 五、钢铁行业环保问题已经越来越成为被注重和研究的热点，查阅相关文献，撰写一篇主题为“绿色制造 在钢铁工业中如何应用”的短文，要求字数不少于500字。（35分）

《先进制造技术》答卷 一、简述先进制造技术的特点有哪些？ 1.先进制造技术涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，它的目的是提高制造业的综合经济效益和社会效益，是面向工业应用的技术。 2.先进制造技术强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流，是生产过程的系统工程。 3.80年代以来，随着全球市场竞争越来越激烈，先进制造技术要求具有世界先进水平，它的竞争已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的竞争，因此它是面向全球竞争的技术。 4.先进制造技术的最新发展阶段保持了过去制造技术的有效要素，同时吸收各种高新技术成果，渗透到产品生产的所有领域及其全部过程，从而形成了一个完整的技术群，具有面向21世纪新的技术领域。 总之，成形技术和加工技术日趋精密化，制造工艺、设备和工厂的柔性与可重性将成为制造业的显著特点，虚拟制造技术和网络制造技术将广泛应用，智能化、数字化是先进制造的发展方向，提高对市场快速反应能力的制造技术将超速发展和应用，信息技术在先进制造领域发挥越来越重要的作用。 二、车削中心应具有哪些特征，其工艺范围是什么？ 车削中心是在数控车床的基础上，配置刀库和机械手，使之可选择使用的刀具数量大大增加。车削中心比较全能,可以车,铣,钻等多种功能,刀库容量大,轴也多,速度也比数控车床快得多,车削中心分立式,卧式还有立卧式加工中心,加工大批量 而且复杂零件时一般采用加工中心。车削中心也是一种多工序加工机床，它是数控车床在扩大工艺范围方面的发展。不少回转体零件上常常还需要进行钻孔、铣削等工序，例如钻油孔、钻横向孔、铣键槽、铣偏方及铣油槽等。在这种情况下，所有工序最好能在一次装夹下完成。这对降低成本、缩短加工周期、保证加工精度等都具有重要意义，特别是对重型机床，更能显示其优点，因为其加工的重型零件吊装不易。 车削中心主要以车削为主，还可以进行铣、钻、扩、铰、攻螺纹等加工。其加工对象主要有：复杂零件的锥面、复杂曲线为母线的回转体。在车削中心上还能进行钻径向孔、铣键槽、铣凸轮槽和螺旋槽、锥螺纹和变螺距螺纹等加工。回转体表面及端面、沟槽、螺纹、成形面和切断等。具体如下：车端面、车锥体、钻中心孔、车特型面、车外园、用成型刀车特性面、 钻孔、车螺纹、镗孔、滚花、绞孔、切断。车削中心一般还具有以下两种先进功能。 1)动力刀具功能即刀架上某些刀位或所有的刀位可以使用回转刀具(如铣刀、钻头)通过刀架内的动力使这些刀具回转。

纳米材料的测试与表征

纳米材料的测试与表征 目录 一、纳米材料分析的特点 二、纳米材料的成分分析 三、纳米材料的结构分析 四、纳米材料的形貌分析 一、纳米材料分析的特点 纳米材料具有许多优良的特性诸如高比表面、高电导、高硬度、高磁化率等； 纳米科学和技术是在纳米尺度上（0.1nm~100nm之间）研究物质（包括原子、分子）的特性和相互作用，并利用这些特性的多学科的高科技。 纳米科学大体包括纳米电子学、纳米机械学、纳米材料学、纳米生物学、纳米光学、纳米化学等领域。 纳米材料分析的意义 纳米技术与纳米材料属于高技术领域，许多研究人员及相关人员对纳米材料还不是很熟悉，尤其是对如何分析和表征纳米材料，获得纳米材料的一些特征信息。 主要从纳米材料的成分分析，形貌分析，粒度分析，结构分析以及表面界面分析等几个方面进行了检测分析。 通过纳米材料的研究案例来说明这些现代技术和分析方法在纳米材料表征上的具体应用。 二、纳米材料的成分分析 ●成分分析的重要性 ?纳米材料的光电声热磁等物理性能与组成纳米材料的化学成分和结构具有密切关 系 ?TiO2纳米光催化剂掺杂C、N ?纳米发光材料中的杂质种类和浓度还可能对发光器件的性能产生影响据报；如通过 在ZnS中掺杂不同的离子可调节在可见区域的各种颜色。 ?因此确定纳米材料的元素组成测定纳米材料中杂质种类和浓度是纳米材料分析的 重要内容之一。 ●成分分析类型和范围 ?纳米材料成分分析按照分析对象和要求可以分为微量样品分析和痕量成分分 析两种类型； ?纳米材料的成分分析方法按照分析的目的不同又分为体相元素成分分析、表面 成分分析和微区成分分析等方法； ?为达此目的纳米材料成分分析按照分析手段不同又分为光谱分析、质谱分析、 能谱分析 ●纳米材料成分分析种类 ?光谱分析:主要包括火焰和电热原子吸收光谱AAS，电感耦合等离子体原

实验一 半导体材料的缺陷显示及观察资料讲解

实验一半导体材料的缺陷显示及观察

实验一半导体材料的缺陷显示及观察 实验目的 1．掌握半导体的缺陷显示技术、金相观察技术； 2．了解缺陷显示原理，位错的各晶面上的腐蚀图象的几何特性； 3．了解层错和位错的测试方法。 一、实验原理 半导体晶体在其生长过程或器件制作过程中都会产生许多晶体结构缺陷，缺陷的存在直接影响着晶体的物理性质及电学性能，晶体缺陷的研究在半导体技术上有着重要的意义。 半导体晶体的缺陷可以分为宏观缺陷和微观缺陷，微观缺陷又分点缺陷、线缺陷和面缺陷。位错是半导体中的主要缺陷，属于线缺陷；层错是面缺陷。 在晶体中，由于部分原子滑移的结果造成晶格排列的“错乱”，因而产生位错。所谓“位错线”，就是晶体中的滑移区与未滑移区的交界线，但并不是几何学上定义的线，而近乎是有一定宽度的“管道”。位错线只能终止在晶体表面或晶粒间界上，不能终止在晶粒内部。位错的存在意味着晶体的晶格受到破坏，晶体中原子的排列在位错处已失去原有的周期性，其平均能量比其它区域的原子能量大，原子不再是稳定的，所以在位错线附近不仅是高应力区，同时也是杂质的富集区。因而，位错区就较晶格完整区对化学腐蚀剂的作用灵敏些，也就是说位错区的腐蚀速度大于非位错区的腐蚀速度，这样我们就可以通过腐蚀坑的图象来显示位错。 位错的显示一般都是利用校验过的化学显示腐蚀剂来完成。腐蚀剂按其用途来分，可分为化学抛光剂与缺陷显示剂，缺陷显示剂就其腐蚀出图样的特点又可分为择优的和非择优的。 位错腐蚀坑的形状与腐蚀表面的晶向有关，与腐蚀剂的成分，腐蚀条件有关，与样品的性质也有关，影响腐蚀的因素相当繁杂，需要实践和熟悉的过程，以硅为例，表1列出硅中位错在各种界面上的腐蚀图象。 二、位错蚀坑的形状 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

半导体工艺及芯片制造技术问题答案(全)

常用术语翻译 active region 有源区 2.active ponent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）

试题库之第七章先进制造技术

第七章：先进制造技术 一、单项选择题 1.按照系统的观点，可将生产定义为使生产（）转变为生产财富并创造效益的 输入输出系统。C A．对象；B．资料；C．要素；D．信息。 2.快速原型制造技术采用（）方法生成零件。C A．仿形；B．浇注；C．分层制造；D．晶粒生长 3.度量生产过程效率的标准是（）。D A．产量；B．产值；C．利润；D．生产率 4.在先进的工业化国家中，国民经济总产值的约（）来自制造业。C A．20%；B．40%；C．60%；D．80% 5.制造从广义上可理解为（）生产。B A．连续型；B．离散型；C．间断型；D．密集型。 6.精良生产是对（）公司生产方式的一种描述。 D A．波音；B．通用；C．三菱；D．丰田。 7.在机械产品中，相似件约占零件总数的（）。C A．30%；B．50% ；C．70%；D．90%。 8.零件分类编码系统是用（）对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规 则和依据。 C A．文字；B．数字；C．字符；D．字母 9.成组技术按（）组织生产。D A．产品；B．部件；C．零件；D．零件组 10.CIM是（）和生产技术的综合应用，旨在提高制造型企业的生产率和响应能 力。 B A．高新技术；B．信息技术；C．计算机技术；D．现代管理技术 11.并行工程是对产品及（）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。 D A．零件；B．设备；C．工艺装备；D．相关过程 12.实行并行工程的企业多采用（）的组织形式。C A．直线式；B．职能式；C．矩阵式；D．自由式 13.在多变的市场环境下，影响竞争力的诸要素中（）将变得越来越突出。A A．时间； B．质量； C．成本； D．服务 14.柔性制造系统（FMS）特别适合于（）生产。B A．单件；B．多品种、中小批量；C．少品种、中小批量；D．大批量 15.先进制造技术首先由美国于20世纪（）提出。D A．70年代中；B．80年代初；C．80年代末；D．90年代中 16.当前精密加工所达到的精度是（）。C

半导体材料能带测试及计算

半导体材料能带测试及计算对于半导体，是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，其具有一定的带隙(E g)。通常对半导体材料而言，采用合适的光激发能够激发价带(VB)的电子激发到导带(CB)，产生电子与空穴对。 图1. 半导体的带隙结构示意图。 在研究中，结构决定性能，对半导体的能带结构测试十分关键。通过对半导体的结构进行表征，可以通过其电子能带结构对其光电性能进行解析。对于半导体的能带结构进行测试及分析，通常应用的方法有以下几种(如图2)： 1.紫外可见漫反射测试及计算带隙E g； 2.VB XPS测得价带位置(E v)； 3.SRPES测得E f、E v以及缺陷态位置； 4.通过测试Mott-Schottky曲线得到平带电势； 5.通过电负性计算得到能带位置.

图2. 半导体的带隙结构常见测试方式。 1.紫外可见漫反射测试及计算带隙 紫外可见漫反射测试 2.制样： 背景测试制样：往图3左图所示的样品槽中加入适量的BaSO4粉末（由于BaSO4粉末几乎对光没有吸收，可做背景测试），然后用盖玻片将BaSO4粉末压实，使得BaSO4粉末填充整个样品槽，并压成一个平面，不能有凸出和凹陷，否者会影响测试结果。 样品测试制样：若样品较多足以填充样品槽，可以直接将样品填充样品槽并用盖玻片压平；若样品测试不够填充样品槽，可与BaSO4粉末混合，制成一系列等质量分数的样品，填充样品槽并用盖玻片压平。 图3. 紫外可见漫反射测试中的制样过程图。 1.测试：

用积分球进行测试紫外可见漫反射（UV-Vis DRS），采用背景测试样（BaSO4粉末）测试背景基线（选择R%模式），以其为background测试基线，然后将样品放入到样品卡槽中进行测试，得到紫外可见漫反射光谱。测试完一个样品后，重新制样，继续进行测试。 ?测试数据处理 数据的处理主要有两种方法：截线法和Tauc plot法。截线法的基本原理是认为半导体的带边波长（λg）决定于禁带宽度E g。两者之间存在E g(eV)=hc/λg=1240/λg(nm)的数量关系，可以通过求取λg来得到E g。由于目前很少用到这种方法，故不做详细介绍，以下主要来介绍Tauc plot法。 具体操作： 1、一般通过UV-Vis DRS测试可以得到样品在不同波长下的吸收，如图4所示; 图4. 紫外可见漫反射图。 2. 根据(αhv)1/n = A(hv – Eg)，其中α为吸光指数，h为普朗克常数，v为频率，Eg为半导体禁带宽度，A为常数。其中，n与半导体类型相关，直接带隙半导体的n取1/2，间接带隙半导体的n为2。

材料测试与分析总复习

XRD复习重点 1.X射线的产生及其分类 2.X射线粉晶衍射中靶材的选取 3.布拉格公式 4.PDF卡片 5.X射线粉晶衍射谱图 6.X射线粉晶衍射的应用 电子衍射及透射电镜、扫描电镜和电子探针分析复习提纲 透射电镜分析部分： 4.TEM的主要结构，按从上到下列出主要部件 1）电子光学系统——照明系统、图像系统、图像观察和记录系统；2）真空系统； 3）电源和控制系统。电子枪、第一聚光镜、第二聚光镜、聚光镜光阑、样品台、物镜光阑、物镜、选区光阑、中间镜、投影镜、双目光学显微镜、观察窗口、荧光屏、照相室。 5. TEM和光学显微镜有何不同？ 光学显微镜用光束照明，简单直观，分辨本领低（0.2微米），只能观察表面形貌，不能做微区成分分析；TEM分辨本领高（1A）可把形貌观察，结构分析和成分分析结合起来，可以观察表面和内部结构，但仪器贵，不直观，分析困难，操作复杂，样品制备复杂。 6.几何像差和色差产生原因，消除办法。 球差即球面像差，是由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律而造成的。减小球差可以通过减小CS值和缩小孔径角来实现。 色差是由于入射电子波长（或能量）的非单一性造成的。采取稳定加速电压的方法可以有效的减小色差；适当调配透镜极性；卡斯汀速度过滤器。 7.TEM分析有那些制样方法？适合分析哪类样品?各有什么特点和用途？ 制样方法：化学减薄、电解双喷、竭力、超薄切片、粉碎研磨、聚焦离子束、机械减薄、离子减薄； TEM样品类型：块状，用于普通微结构研究； 平面，用于薄膜和表面附近微结构研究； 横截面样面，均匀薄膜和界面的微结构研究； 小块粉末，粉末，纤维，纳米量级的材料。 二级复型法：研究金属材料的微观形态； 一级萃取复型：指制成的试样中包含着一部分金属或第二相实体，对它们可以直接作形态检验和晶体结构分析，其余部分则仍按浮雕方法间接地观察形态； 金属薄膜试样：电子束透明的金属薄膜，直接进行形态观察和晶体结构分析； 粉末试样：分散粉末法，胶粉混合法 思考题： 1.一电子管，由灯丝发出电子，一负偏压加在栅极收集电子，之后由阳极加速，回答由灯丝到栅极、由栅极到阳极电子的折向及受力方向？ 2.为什么高分辨电镜要使用比普通电镜更短的短磁透镜作物镜？ 高分辨电镜要比普通电镜的放大倍数高。为了提高放大倍数，需要短焦距的强磁透镜。透镜的光焦度1/f与磁场强度成H2正比。较短的f可以提高NA，使极限分辨率更小。 3.为什么选区光栏放在“象平面”上？ 电子束之照射到待研究的视场内；防止光阑受到污染；将选区光阑位于向平面的附近，通过

半导体测试技术实践

半导体测试技术实践总结报告 一、实践目的 半导体测试技术及仪器集中学习是在课堂结束之后在实习地集中的实践性教学，是各项课间的综合应用，是巩固和深化课堂所学知识的必要环节。学习半导体器件与集成电路性能参数的测试原理、测试方法，掌握现代测试设备的结构原理、操作方法与测试结果的分析方法，并学以致用、理论联系实际，巩固和理解所学的理论知识。同时了解测试技术的发展现状、趋势以及本专业的发展现状，把握科技前进脉搏，拓宽专业知识面，开阔专业视野，从而巩固专业思想，明确努力方向。另外，培养在实际测试过程中发现问题、分析问题、解决问题和独立工作的能力，增强综合实践能力，建立劳动观念、实践观念和创新意识，树立实事求是、严肃认真的科学态度，提高综合素质。 二、实践安排（含时间、地点、内容等） 实践地点：西安西谷微电子有限责任公司 实践时间：2014年8月5日—2014年8月15日 实践内容：对分立器件，集成电路等进行性能测试并判定是否失效 三、实践过程和具体内容 西安西谷微电子有限责任公司专业从事集成电路测试、筛选、测试软硬件开发及相关技术配套服务，测试筛选使用标准主要为GJB548、GJB528、GJB360等。 1、认识半导体及测试设备

在一个器件封装之后，需要经过生产流程中的再次测试。这次测试称为“Final test”（即我们常说的FT测试）或“Package test”。在电路的特性要求界限方面，FT测试通常执行比CP测试更为严格的标准。芯片也许会在多组温度条件下进行多次测试以确保那些对温度敏感的特征参数。商业用途（民品）芯片通常会经过0℃、25℃和75℃条件下的测试，而军事用途（军品）芯片则需要经过-55℃、25℃和125℃。 芯片可以封装成不同的封装形式，图4显示了其中的一些样例。一些常用的封装形式如下表： DIP： Dual Inline Package (dual indicates the package has pins on two sides) 双列直插式 CerDIP：Ceramic Dual Inline Package 陶瓷 PDIP： Plastic Dual Inline Package 塑料 PGA： Pin Grid Array 管脚阵列

集成电路制造技术-原理与技术试题库

填空题（30分=1分*30）(只是答案) 半导体级硅 、 GSG 、 电子级硅 。CZ 法 、 区熔法、 硅锭 、wafer 、硅 、锗、单晶生长、整型、切片、磨片倒角、刻蚀、（抛光）、清洗、检查和包装。 100 、110 和111 。融化了的半导体级硅液体、有正确晶向的、被掺杂成p 型或n 型、 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 、拉伸速率 、晶体旋转速率 。 去掉两端、径向研磨、硅片定位边和定位槽。 制备工业硅、生长硅单晶、 提纯） 。卧式炉 、立式炉 、快速热处理炉 。干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化。工艺腔、硅片传输系统、气体分配系统、尾气系统、温控系统。 局部氧化LOCOS 、浅槽隔离STI 。 掺杂阻挡、表面钝化、场氧化层和金属层间介质。热生长 、淀积 、薄膜 。石英工艺腔、加热器、石英舟。 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。晶核形成、聚焦成束 、汇聚成膜。同质外延、异质外延。膜应力、电短路、诱生电荷。导电率、高黏附性、淀积 、平坦化、可靠性、抗腐蚀性、应力等。CMP 设备 、电机电流终点检测、光学终点检测。平滑、部分平坦化、局部平坦化、全局平坦化。 磨料、压力。使硅片表面和石英掩膜版对准并聚焦，包括图形）；（通过对光刻胶曝光，把高分辨率的投影掩膜版上图形复制到硅片上）；（在单位时间内生产出足够多的符合产品质量规格的硅片）。化学作用、物理作用、化学作用与物理作用混合。介质、金属 。在涂胶的硅片上正确地复制 掩膜图形。 被刻蚀图形的侧壁形状、各向同性、各向异性。气相、液相、 固相扩散。间隙式扩散机制、替代式扩散机制、激活杂质后。一种物质在另一种物质中的运动、一种材料的浓度必须高于另一种材料的浓度 ）和（ 系统内必须有足够的能量使高浓度的材料进入或通过另一种材料。 热扩散 、离子注入。预淀积 、推进、激活。时间、温度 。扩散区、光刻区 、刻蚀区、注入区、薄膜区、抛光区。硅片制造备 ）、（ 硅片制造 ）、硅片测试和拣选、（ 装配和封装 、终测。 微芯片。第一层层间介质氧化物淀积、氧化物磨抛、第十层掩模、第一层层间介质刻蚀。 钛淀积阻挡层、氮化钛淀积、钨淀积 、磨抛钨。 1． 常用的半导体材料为何选择硅？（6分） （1）硅的丰裕度。硅是地球上第二丰富的元素，占地壳成分的25%；经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本； （2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限。硅1412℃>锗937℃ （3）更宽的工作温度。用硅制造的半导体件可以用于比锗更宽的温度范围，增加了半导体的应用范围和可靠性； （4）氧化硅的自然生成。氧化硅是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污；氧化硅具有与硅类似的机械特性，允许高温工艺而不会产生过度的硅片翘曲； 2． 晶圆的英文是什么？简述晶圆制备的九个工艺步骤。（6分） Wafer 。 （1） 单晶硅生长: 晶体生长是把半导体级硅的多晶硅块转换成一块大的单晶硅。生长后的单晶硅被称为硅锭。可用CZ 法或区熔法。 （2） 整型。去掉两端，径向研磨，硅片定位边或定位槽。 （3） 切片。对200mm 及以上硅片而言，一般使用内圆切割 机；对300mm 硅片来讲都使用线锯。 （4） 磨片和倒角。切片完成后，传统上要进行双面的机械磨片以去除切片时留下的损伤，达到硅片两面高度的平行及平坦。硅片边缘抛光修整，又叫倒角，可使硅片边缘获得平滑的半径周线。 （5） 刻蚀。在刻蚀工艺中，通常要腐蚀掉硅片表面约20微米的硅以保证所有的损伤都被去掉。 （6） 抛光。也叫化学机械平坦化（CMP ），它的目标是高平整度的光滑表面。抛光分为单面抛光和双面抛光。 （7） 清洗。半导体硅片必须被清洗使得在发给芯片制造厂之前达到超净的洁净状态。 （8） 硅片评估。 （9） 包装。 3． 硅锭直径从20世纪50年代初期的不到25mm 增加到现在的300mm 甚至更大，其原因是什么？（6分） （1） 更大直径硅片有更大的表面积做芯片，能够减少硅片的浪费。 （2） 每个硅片上有更多的芯片，每块芯片的加工和处理时间减少，导致设备生产效率变高。 （3） 在硅片边缘的芯片减少了，转化为更高的生产成品率。 （4） 在同一工艺过程中有更多芯片，所以在一块芯片一块芯片的处理过程中，设备的重复利用率提高了。 氧化 4.立式炉出现的主要原因，其主要控制系统分为哪五个部分？（6分） (1) 立式炉更易于自动化、可改善操作者的安全以及减少颗粒污染。与卧式炉相比可更好地控制温度和均匀性。 (2) 工艺腔，硅片传输系统，气体分配系统，尾气系统，温控系统。 5.试写出光刻工艺的基本步骤。（6分） （1）气相成底膜；（2）旋转涂胶；（3）软烘 ；（4）对准和曝光；（ 5）曝光后烘焙(PEB)； （6） 显影； （7）坚膜烘焙； （8）显影检查。 4． 已知曝光的波长 为365nm ，光学系统的数值孔径NA 为0.60，则该光学系统的焦深DOF 为多少？（6分） 5． 简述扩散工艺的概念。（6分） 扩散是物质的一个基本属性，描述了一种物质在另一种物质中运动的情况。扩散的发生需要两个必要的条件：（1）一种材料的浓度必须高于另一种材料的浓度；（2）系统内必须有足够的能量使高浓度的材料进入或通过另一种材料。 气相扩散：空气清新剂喷雾罐 液相扩散：一滴墨水滴入一杯清水 固相扩散：晶圆暴露接触一定浓度的杂质原子（半导体掺杂工艺的一种） 6． 名词解释：离子注入。（6分） 离子注入是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，以改变其电学性能的方法。它是一个物理过程，即不发生化学反应。离子注入在现代硅片制造过程中有广泛应用，其中最主要的用途是掺杂半导体材料。 四、综合题：（30分=15分*2，20题）2题/章 1． 对下图所示的工艺进行描述，并写出工艺的主要步骤。（15分） 描述：图示工艺：选择性氧化的浅槽隔离（STI ）技术。（用于亚0.25微米工艺） STI 技术中的主要绝缘材料是淀积氧化物。选择性氧化利用掩膜来完成，通常是氮化硅，只要氮化硅膜足够厚，覆盖了氮化硅的硅表面就不会氧化。掩膜经过淀积、图形化、刻蚀后形成槽。 在掩膜图形曝露的区域，热氧化150~200埃厚的氧化物后，才能进行沟槽填充。这种热生长的氧化物使硅表面钝化，并且可以使浅槽填充的淀积氧化物和硅相互隔离，它还能作为有效的阻挡层，避免器件中的侧墙漏电流产生。 步骤：1氮化硅淀积 2氮化硅掩蔽与刻蚀 3侧墙氧化与沟槽填充 4氧化硅的平坦化(CMP) 5氮化硅去除。 浅槽隔离(STI)的剖面 2． 识别下图所示工艺，写出每个步骤名称并进行描述，对其特有现象进行描述。（15分） 答：一 ）此为选择性氧化的局部氧化LOCOS （0.25微米以 上的工艺 ） 二 ）步骤名称及描述： 1 氮化硅淀积。 2 氮化硅掩蔽与刻蚀 3 硅的局部氧化 LOCOS 场氧化层的剖面 4 氮化硅去除 用淀积氮化物膜作为氧化阻挡层，因为淀积在硅上的氮化物 不能被氧化，所以刻蚀后的区域可用来选择性氧化生长。热 氧化后，氮化物和任何掩膜下的氧化物都将被除去，露出赤 裸的硅表面，为形成器件作准备。 三）特有现象描述：当氧扩散穿越已生长的氧化物时，它是 在各个方向上扩散的（各向同性）。 一些氧原子纵向扩散进入硅，另一些氧原子横向扩散。这意 味着在氮化物掩膜下有着轻微的侧面氧化生长。由于氧化层 比消耗的硅更厚，所以在氮化物掩膜下的氧化生长将抬高氮 化物的边缘，我们称为“鸟嘴效应” 金属化 3． 按照下图，解释化学机械平坦化工艺。（15分） CMP 是一种表面全局平坦化的技术，它通过硅片和一个抛光 头之间的相对运动来平坦化硅片表面，在硅片和抛光头之间 有磨料，并同时施加压力。CMP 设备——抛光机 光刻 4． 识别下图所示工艺，写出每个步骤名称并进行描述。 （15分） 答：1 气相成底膜：清洗、脱水，脱水烘焙后立即用HMDS 进行成膜处理，起到粘附促进剂的作用。 2 采用旋转涂胶的方法涂上液相光刻胶材料。 3 软烘：其目的是除去光刻胶中的溶剂。 4 对准和曝光：掩模板与涂了胶的硅片上的正确位置对准。然后将掩模板和硅片曝光。 5 曝光后烘焙：深紫外（DUV ）光刻胶在100-110℃的热板上进行曝光后烘焙。 6 显影：是在硅片表面光刻胶中产生图形的关键步骤。 7 坚模烘焙：要求会发掉存留的光刻胶溶剂，提高光刻胶对硅片表面的粘附性。 8 显影后检查：目的是找出光刻胶有质量问题的硅片，描述光刻胶工艺性能以满足规范要求。 刻蚀 5． 等离子体干法刻蚀系统的主要部件有哪性？试举出三种主要类型，并对圆筒式等离子体刻蚀机作出介绍。（15分） 答：一个等离子体干法刻蚀系统的基本部件包括：（1）发生刻蚀反应的反应腔；（2）产生等离子体的射频电源；（3）气体流量控制系统；（4）去除刻蚀生成物和气体的真空系统。 圆桶式反应器是圆柱形的，在0.1~1托压力下具有几乎完全相同的化学各向同性刻蚀。硅片垂直、小间距地装在一个石英舟上。射频功率加在圆柱两边的电极上。通常有一个打孔的金属圆柱形刻蚀隧道，它把等离子体限制在刻蚀隧道和腔壁之间的外部区域。硅片与电场平行放置使物理刻蚀最小。等离子体中的刻蚀基扩散到刻蚀隧道内，而等离子体中的带能离子和电子没有进入这一区域。 这种刻蚀是具有各向同性和高选择比的纯化学过程。因为在硅片表面没有物理的轰击，因而它具有最小的等离子体诱导损伤。圆桶式等离子体反应器主要用于硅片表面的去胶。氧是去胶的主要刻蚀机。 离子注入 6． 对下图中的设备进行介绍，并对其所属的工艺进行描述。（15分） 离子注入工艺在离子注入机内进行，它是半导体工艺中最复杂的设备之一。离子注入机包含离子源部分，它能从原材料中产生带正电荷的杂质离子。离子被吸出，然后用质量分析仪将它们分开以形成需要掺杂离子的束流。束流中的离子数量与希望引入硅片的杂质浓度有关。离子束在电场中加速，获得很高的速度（107cm/s 数量级），使离子有足够的动能注入到硅片的晶格结构中。束流扫描整个硅片，使硅片表面均匀掺杂。注入之后的退火过程将激活晶格结构中的杂质离子。所有注入工艺都是在高真空下进行的。 离子注入设备包含以下5 个部分： （1）离子源；（2）引出电极（吸极）和离子分析器；（3）加速管；（4）扫描系统；（5）工艺室 离子注入是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，以改变其电学性能的方法。它是一个物理过程，即不发生化学反应。离子注入在现代硅片制造过程中有广泛应用，其中最主要的用途是掺杂半导体材料。每一次掺杂对杂质的浓度和深度都有特定的要求。离子注入能够重复控制杂质的浓度和深度，因而在几乎所有应用中都优于扩散。它已经成为满足亚0.25μm 特征尺寸和大直径硅片制作要求的标准工艺。热扩散的5个问题对先进的电路生成的限制：（1）横向扩散（2）超浅结（3）粗劣的掺杂控制（4）表面污染的阻碍（5）错位的产生。 亚0.25μm 工艺的注入过程有两个主要目标： （1）向硅片中引入均匀、可控制数量的特定杂质。 （2）把杂质放置在希望的深度。 7.离子注入工艺的主要优缺点。（15分） 答：优点：（1）精确控制杂质含量。 （2）很好的杂质均匀性。（扫描方法） （3）对杂质穿透深度有很好的控制。（控制能量） （4）产生单一离子束。（质量分离技术） （5）低温工艺。（中等温度小于125℃，允许使用不同的光刻掩膜，包括光刻胶） （6）注入的离子能穿过薄膜。 （7）无固溶度极限。 缺点：（1）高能杂质离子轰击硅原子将对晶体结构产生损伤。当高能离子进入晶体并与衬底原子碰撞时，能量发生转移，一些晶格上的硅原子被取代，这个反应被称为辐射损伤。大多数甚至所有的的晶体损伤都能用高温退火进行修复。 （2）注入设备的复杂性。然而这一缺点被离子注入机对剂 量和深度的控制能力及整体工艺的灵活性弥补 7． 依照下图，对硅片制造厂的六个分区分别做一个简 短的描述，要求写出分区的主要功能、主要设备以及显著特 点。（15分） （1） (1)扩散区。扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的 区域。 主要设备：高温扩散炉：1200℃，能完成氧化、扩散、淀积、 退火以及合金等多种工艺流程。湿法清洗设备 。 （2） (2)光刻。把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注 入的硅片上。 主要设备：涂胶/显影设备，步进光刻机。 （3） (3)刻蚀。用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需 要材料，在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。 主要设备：等离子体刻蚀机，等离子去胶机，湿法清洗设备 。 (4)离子注入。主要功能是掺杂。 主要设备：离子注入机、等离子去胶机、湿法清洗设备 。