半导体工艺及芯片制造技术问题答案全Word文档格式.docx
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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？
Waferpreparation（硅片准备）
Waferfabrication（硅片制造）
Wafertest/sort（硅片测试和拣选）
Assemblyandpackaging（装配和封装）
Finaltest（终测）
3.写出半导体产业发展方向？
什么是摩尔定律？
发展方向：
提高芯片性能——提升速度（关键尺寸降低,集成度提高,研发采用新材料），降低功耗。
提高芯片可靠性——严格控制污染。
降低成本——线宽降低、晶片直径增加。
摩尔定律指：
IC的集成度将每隔一年翻一番。
1975年被修改为：
IC的集成度将每隔一年半翻一番。
4.什么是特征尺寸CD？
（10分）
最小特征尺寸，称为关键尺寸（CriticalDimension，CD）CD常用于衡量工艺难易的标志。
5.什么是Moremoore定律和MorethanMoore定律？
“MoreMoore”指的是芯片特征尺寸的不断缩小。
从几何学角度指的是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小。
与此关联的3D结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能。
“MoreThanMoore”指的是用各种方法给最终用户提供附加价值，不一定要缩小特征尺寸如从系统组件级向3D集成或精确的封装级（SiP）或芯片级（SoC）转移。
6.名词解释：
high-k;
low-k;
Fabless;
Fablite;
IDM;
Foundry;
Chipless（20分）
high-k：
高介电常数。
low-k：
低介电常数。
Fabless：
IC设计公司，只设计不生产。
Fablite：
轻晶片厂，有少量晶圆制造厂的IC公司。
IDM：
集成器件制造商（IDM-IntegratedDeviceManufactoryCo.），从晶圆之设计、制造到以自有品牌行销全球皆一手包办。
Foundry：
标准工艺加工厂或称专业代工厂商。
Chipless：
既不生产也不设计芯片，而是设计IP内核，授权给半导体公司使用。
7.例举出半导体产业的8种不同职业并简要描述.（15分）
1.硅片制造技师：
负责操作硅片制造设备。
一些设备维护以及工艺和设备的基本故障查询。
2.设备技师：
查询故障并维护先进设备系统，保证在硅片制造过程中设备能正确运行。
3.设备工程师：
从事确定设备设计参数和优化硅片生产的设备性能。
4.工艺工程师：
分析制造工艺和设备的性能以确定优化参数设置。
5.实验室技师：
从事开发实验室工作，建立并进行试验。
6：
成品率/失效分析技师：
从事与缺陷分析相关的工作，如准备待分析的材料并操作分析设备以确定在硅片制造过程中引起问题的根源。
7.成品率提高工程师：
收集并分析成品率及测试数据以提高硅片制造性能。
8.设施工程师：
为硅片制造厂的化学材料、净化空气及常用设备的基础设施提供工程设计支持。
第二章半导体材料特性第五章半导体制造中的化学品第六章硅片制造中的玷污控制
1.最通常的半导体材料是什么？
该材料使用最普遍的原因是什么？
（第二章）（10分）
答：
最通常的半导体材料是硅。
原因：
1.硅的丰裕度;
2.更高的融化温度允许更高的工艺容限;
3.更宽的工作温度范围;
4.氧化硅的自然生成.
2.砷化镓相对于硅的优点是什么？
（第二章）（5分）
砷化镓具有比硅更高的电子迁移率，因此多数载流子也移动得比硅中的更快。
砷化镓也有减小寄生电容和信号损耗的特性。
这些特性使得集成电路的速度比由硅制成的电路更快。
GaAs器件增进的信号速度允许它们在通信系统中响应高频微波信号并精确地把它们转换成电信号。
硅基半导体速度太慢以至于不能响应微波频率。
砷化镓的材料电阻率更大，这使得砷化镓衬底上制造的半导体器件之间很容易实现隔离，不会产生电学性能的损失。
3.描述在硅片厂中使用的去离子水的概念。
（第五章）（5分）
去离子水:
在半导体制造过程中广泛使用的溶剂，在它里面没有任何导电的离子。
DI
Water的PH值为7，既不是酸也不是碱，是中性的。
它能够溶解其他物质，包括许多离子化合物和供价化合物。
当水分子（H2O）溶解离子化合物时，它们通过克服离子间离子键使离子分离，然后包围离子，最后扩散到液体中。
4.例举出硅片厂中使用的五种通用气体。
氧气（O2）、氩气（Ar）、氮气（N2）、氢气（H2）和氦气（He）
5.对净化间做一般性描述。
（第六章）（10分）
净化间是硅片制造设备与外部环境隔离，免受诸如颗粒、金属、有机分子和静电释放（ESD）的玷污。
一般来讲，那意味着这些玷污在最先进测试仪器的检测水平范围内都检测不到。
净化间还意味着遵循广泛的规程和实践，以确保用于半导体制造的硅片生产设施免受玷污。
6.什么是硅片的自然氧化层？
由自然氧化层引起的三种问题是什么？
自然氧化层:
如果曝露于室温下的空气或含溶解氧的去离子水中，硅片的表面将被氧化。
这一薄氧化层称为自然氧化层。
硅片上最初的自然氧化层生长始于潮湿，当硅片表面暴露在空气中时，一秒钟内就有几十层水分子吸附在硅片上并渗透到硅表面，这引起硅表面甚至在室温下就发生氧化。
自然氧化层引起的问题是：
①将妨碍其他工艺步骤，如硅片上单晶薄膜的生长和超薄氧化层的生长。
②另一个问题在于金属导体的接触区，如果有氧化层的存在，将增加接触电阻，减少甚至可能阻止电流流过。
③对半导体性能和可靠性有很大的影响
7.例举硅片制造厂房中的7种玷污源。
硅片制造厂房中的七中沾污源：
（1）空气:
净化级别标定了净化间的空气质量级别，它是由净化室空气中的颗粒尺寸和密度表征的；
（2）人:
人是颗粒的产生者，人员持续不断的进出净化间，是净化间沾污的最大来源；
（3）厂房:
为了是半导体制造在一个超洁净的环境中进行，有必要采用系统方法来控制净化间区域的输入和输出；
（4）水:
需要大量高质量、超纯去离子水，城市用水含有大量的沾污以致不能用于硅片生产。
去离子水是硅片生产中用得最多的化学品（5）工艺用化学品:
为了保证成功的器件成品率和性能，半导体工艺所用的液态化学品必须不含沾污；
（6）工艺气体:
气体流经提纯器和气体过滤器以去除杂质和颗粒；
（7）生产设备:
用来制造半导体硅片的生产设备是硅片生产中最大的颗粒来源。
8.解释空气质量净化级别。
（第六章）（5分）
净化级别标定了净化间的空气质量级别，它是由净化室空气中的颗粒尺寸和密度表征的。
这一数字描绘了要怎样控制颗粒以减少颗粒玷污。
净化级别起源于美国联邦标准2009.如果净化间级别仅用颗粒数来说明，例如1级净化间，则只接受1个0.5um的颗粒。
这意味着每立方英尺中尺寸等于或大于0.5um的颗粒最多允许一个。
9.描述净化间的舞厅式布局。
净化间的舞厅式布局为大的制造间具有10000级的级别，层流工作台则提供一个100级的生产环境。
10.解释水的去离子化。
在什么电阻率级别下水被认为已经去离子化？
用以制造去离子水的去离子化过程是指，用特制的离子交换树脂去除电活性盐类的离子。
18MΩ-cm电阻率级别下水被认为已经去离子化。
11.描述RCA清洗工艺。
工业标准湿法清洗工艺称为RCA清洗工艺，由美国无线电公司（RCA）于20世纪60年代提出。
RCA湿法清洗由一系列有序的浸入两种不同的化学溶液组成：
1号标准清洗液（SC-1）和2号标准清洗液（SC-2）。
SC-1的化学配料为NH4OH/H2O2/H2O这三种化学物按1:
1:
5到1：
2：
7的配比混合，它是碱性溶液，能去除颗粒和有机物质，SC-1湿法清洗主要通过氧化颗粒或电学排斥起作用。
SC-2的组分是HCL/H2O2/H2O,按1：
1：
6到1：
8的配比混合，用于去除硅片表面的金属。
改进后的RCA清洗可在低温下进行，甚至低到45摄氏度
12.例出典型的硅片湿法清洗顺序。
硅片清洗步骤：
（1）H2SO4/H2O2（piranha）:
有机物和金属；
（2）UPW清洗（超纯水）:
清洗；
（3）HF/H2O（稀HF）:
自然氧化层；
（4）UPW清洗:
（5）NH4OH/H2O2/H2O（SC-1）:
颗粒；
（6）UPW清洗:
（7）HF/H2O:
（8）UPW清洗:
（9）HCL/H2O2/H2O（SC-2）:
金属；
（10）UPW清洗:
（11）HF/H2O:
（12）UPW清洗:
（13）干燥:
干燥
第三章器件技术基础
1.按构成集成电路基础的晶体管分类可以将集成电路分为哪些类型？
每种类型各有什么特征？
（40分）
分为三种，双极集成电路，MOS集成电路，双极-MOS（BiMOS）集成电路。
双极集成电路：
采用的有源器件是双极晶体管，特点：
速度高，驱动能力强，但功耗大，集成能力低。
MOS集成电路：
采用的有源器件是MOS晶体管，特点：
输入阻抗高，抗干扰能力强，功耗小，集成度高。
双极-MOS（BiMOS）集成电路：
同时包含双极和MOS晶体管，特点：
综合了速度高，驱动能力强，抗干扰能力强，功耗小，集成度高的优点，但制造工艺复杂。
2.什么是无源元件？
例举出两个无源元件的例子。
什么是有源元件？
例举出两个有源元件的例子。
（30分）
无源元件：
在不需要外加电源的条件下，就可以显示其特性的电子元件。
这些元件无论如何和电源相连，都可以传输电流。
如电阻，电容。
有源元件：
内部有电源存在，不需要能量的来源而实行它特定的功能，而且可以控制电流方向，可放大信号。
如二极管，晶体管。
3.什么是CMOS技术？
什么是ASIC？
（30分
CMOS（互补型金属氧化物半导体）技术：
将成对的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）集成在一块硅片上。
使集成电路有功耗低，工作电压范围宽，逻辑摆幅大，使电路抗干扰能力强，隔离栅结构使CMOS器件的输入电阻极大，从而使CMOS期间驱动同类逻辑门的能力比其他系列强得多。
ASIC：
（ApplicationSpecificIntegratedCircuits）专用集成电路，是指应特定用户要求或特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。
优点是：
体积小，重量轻，功耗低，可靠性好，易于获得高性能，保密性好，大批量应用时显著降低成本。
第四章硅和硅片制备
1.例举得到半导体级硅的三个步骤。
半导体级硅的纯度能达到多少？
（50分）
第一步：
用碳加热硅石来制备冶金级硅
第二步：
通过化学反应将冶金级硅提纯以生成三氯硅烷
第三步：
利用西门子方法，通过三氯硅烷和氢气反应来生产半导体级硅
纯度能达到99.99999999%
2.将圆柱形的单晶硅锭制备成硅片需要哪些工艺流程？
整形处理，切片，磨片和倒角，刻蚀，抛光，清洗，硅片评估，包装
3.什么是外延层？
为什么硅片上要使用外延层？
（20分）
外延层是指在硅的外延中以硅基片为籽晶生长一薄膜层，新的外延层会复制硅片的晶体结构，并且结构比原硅片更加规则。
外延为器件设计者在优化器件性能方面提供了很大的灵活性，例如可以控制外延层掺杂厚度、浓度、轮廓，而这些因素与硅片衬底无关的，这种控制可以通过外延生长过程中的掺杂来实现。
外延层还可以减少CMOS器件中的闩锁效应。
第七章测量学和缺陷检查第八章工艺腔中的气体控制第十九章硅片测试第二十章装配与封装
1..给出半导体质量测量的定义。
例出在集成电路制造中12种不同的质量测量（第七章）（10分）
半导体质量测量定义了硅片制造的规范要求，以确保满足器件的性能和可靠性。
集成电路制造中的12种不同的质量测量：
1.膜厚2.方块电阻3.膜应力4.折射率5.掺杂浓度6.无图形表面缺陷7.有图形表面缺陷8.关键尺寸9.台阶覆盖10.套刻标记11.电容-电压特性12.接触的角度
2.硅片关键尺寸测量的主要工具是什么？
（第七章）（5分）
硅片关键尺寸测量的主要工具是扫描电子显微镜（SEM），它能放大10万到30万倍，这明显高于光学显微镜，用扫描电子显微镜观测硅片的横截面部分能提供缺陷的信息，常与其他分析技术结合使用，如EDX或FIB。
3.解释投射电子能显微镜。
（第七章）（10分）
TEM把加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的电子碰撞而电子与样品中的原子的碰撞而改变方向，从而产生立体角散射，散射角的大小与样品的密度、厚度有关，因此可以形成明暗不同的影像。
TEM是惟一定量测量硅片上一些非常小特征尺寸的测量工具
4.例出并描述4种真空范围。
（第八章）（5分）
四种真空范围：
（1）低级真空:
气流主要是由分子间碰撞产生的（也称滞留），压强高得足以机械型压力测量仪测量。
（2）中级真空:
范围是1托到10e-3托。
（3）高级真空:
气体分子间很少有碰撞。
（4）超高级真空:
是高级真空的延伸，通过对真空腔的设计和材料的严格控制尽量减少不需要的气体成分。
5.给出使用初级泵和真空泵的理由。
当真空里的压强减低时，气体分子间的空间加大了，这成为气体流过系统及在工艺腔内产生等离子体的重要因素。
而初级泵可以去除腔内99.99%的原始空气或其他成分，高级真空泵用来获得压力范围10e-3托到10e-9托的高级和超高级真空。
6.例举并描述IC生产过程中的5种不同电学测试。
（第十九章）（5分）
IC生产过程中的5种不同电学测试：
（1）IC设计验证:
描述、调试和检验新的芯片设计，保证符合规格要求，是在生产前进行的。
（2）在线参数测试:
为了监控工艺，在制作过程的早期（前端）进行的产品工艺检验测试。
在硅片制造过程中进行。
（3）硅片拣选测试（探针）:
产品功能测试，验证每一个芯片是否符合产品规格。
在硅片制造后进行。
（4）可靠性:
集成电路加电并在高温下测试，以发现早期失效（有时候，也在在线参数测试中进行硅片级的可靠性测试）。
在封装的IC进行。
（5）终测:
使用产品规格进行的产品功能测试。
7.例举并解释5个进行在线参数测试的理由。
五个进行在线参数测试的理由为：
（1）鉴别工艺问题:
硅片制造过程中工艺问题的早期鉴定（而不是等到已经完成了硅片制造才发现有问题进行测试。
（2）通过/失效标准:
依据通过/失效标准决定硅片是否继续后面的制造程序。
（3）数据收集:
为了改进工艺，收集硅片数据以评估工艺倾向（如沟道长度的改变）。
（4）特殊测试:
在需要的时候评估特殊性能参数（如特殊客户需求）。
（5）硅片级可靠性:
需要确定可靠性与工艺条件的联系时，进行随机的硅片级可靠性测试
8.什么是IC可靠性？
什么是老化测试？
（第十九章）（10分）
IC可靠性是指器件在其预期寿命内，在其使用环境中正常工作的概率，换句话说就是集成电路能正常使用多长时间。
老化测试在很苛刻的环境中（如吧温度提高到85℃，提高偏置电压）给芯片加电并测试，使不耐用的器件失效，从而避免它们被交给客户），这种测试能够产生更可靠的集成电路，但往往需要长时间的测试，十几甚至数百小时，这是一种费钱耗时的工作
9.例举在线参数测试的4个主要子系统。
在线参数测试的4个主要子系统为：
（1）探针卡接口:
是自动测试仪与待测器件之间的接口。
（2）硅片定位:
为测试硅片，首先要确与探针接触的硅片的探针仪位置。
（3）测试仪器:
高级集成电路需要能够在测试结构上快速、准确、重复地测量亚微安级电流和微法级电容的自动测试设备，它控制测试过程（4）作为网络主机或客户机的计算机:
指导测试系统操作的计算机包括测试软件算法、自动测试设备、用于硅片定位的探查控制软件、测试数据的保存和控制、系统校准和故障诊断。
10.例举并描述硅片拣选测试中的三种典型电学测试（第十九章）（5分）
硅片拣选测试中的三种典型电学测试：
（1）DC测试:
第一电学测试是确保探针和压焊点之间良好电学接触的连接性检查。
这项检查保证了技术员的测试仪安装正常。
（2）输出检查:
硅片挑选测试用来测试输出信号以检验芯片性能。
主要验证输出显示的位电平（逻辑“1”或高电平，逻辑“0”或低电平），是否和预期的一致。
（3）功能测试:
功能测试检验芯片是否按照产品数据规范的要求工作。
功能测试软件程序测试芯片的所有方面，它将二进制测试图形加入被测器件并验证其输出的正确性。
11.什么是印刷电路板（第二十章）（5分）
印刷电路板（PCB）又称为底板或载体，用焊料将载有芯片的集成电路块粘贴在板上的电路互连，同时使用连接作为其余产品的电子子系统的接口。
12.例举出传统装配的4个步骤。
（第二十章）（5分）
传统装配的4个步骤：
1.背面减薄;
2.分片;
3.装架;
4.引线键合
13.例举出两种最广泛使用的集成电路封装材料。
两种最广泛使用的集成电路封装材料是塑料封装和陶瓷封装
14.例举并描述6种不同的塑料封装形式。
陶瓷封装的两种主要封装方法是什么？
（第二十章）（10分）
6种不同的塑料封装形式：
（1）双列直插封装（DIP）:
典型有两列插孔式管脚向下弯，穿过电路板上的孔。
（2）单列直插封装（SIP）:
是DIP的替代品，用以减小集成电路组件本体所占据电路板的空间。
（3）薄小型封装（TSOP）:
广泛用于存储器和智能卡具有鸥翼型表面贴装技术的管脚沿两边粘贴在电路板上相应的压点。
（4）西边形扁平封装（QFP）:
是一种在外壳四边都有高密度分布的管脚表面贴装组件。
（5）具有J性管脚的塑封电极芯片载体（PLCC）（6）无引线芯片载体（LCC）:
是一种电极被管壳周围包起来以保持低刨面的封装形式
15．例举出7种先进封装技术。
7种先进封装技术包括：
（1）倒装芯片:
将芯片的有源面（具有表面键合压点）面向基座的粘贴封装技术。
（2）球栅阵列（BGA）:
与针栅阵列有相似的封装设计，有陶瓷或塑料的基座构成基座具有用于连接基座与电路板的共晶Sn/Pb焊料球的面阵列。
（3）板上芯片（COB）:
被开发以集成电路芯片直接固定到具有其它SMT和PIH组件的基座上，又被称为直接芯片粘贴。
（4）卷带式自动键合（TAB）:
是一种I/O封装方式，它使用塑料袋作为新片载体。
（5）多芯片模块（MCM）:
是一种将几个芯片固定在同意基座上的封装形式。
（6）芯片尺寸封装（CSP）:
一般定义是小于芯片占地面积1.2倍的集成电路封装形式。
（7）圆片级封装:
是第一级互联和在划片前硅片上的封装I/O端得形成。
第九章集成电路制造工艺概括
1．例举出芯片厂中6个不同的生产区域并对每一个生产区域做简单描述。
芯片厂中通常分为扩散区、光刻区、刻蚀区、离子注入区、薄膜生长区和抛光区6个生产区域：
扩散区是进行高温工艺及薄膜积淀的区域，主要设备是高温炉和湿法清洗设备；
②光刻区是芯片制造的心脏区域，使用黄色荧光管照明，目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上；
③刻蚀工艺是在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形；
④离子注入是用高压和磁场来控制和加速带着要掺杂的杂质的气体；
高能杂质离子穿透涂胶硅片的表面，形成目标硅片；
⑤薄膜生长主要负责生产各个步骤中的介质层与金属层的淀积。
⑥抛光，即CMP（化学机械平坦化）工艺的目的是使硅片表面平坦化。
2．离子注入前一般需要先生长氧化层，其目的是什么？
氧化层保护表面免污染，免注入损伤，控制注入温度。
3．离子注入后为什么要进行退火？
推进，激活杂质，修复损伤。
4．光刻和刻蚀的目的是什么？
光刻的目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上，而刻蚀的目的是在硅片上无光刻胶保护的地方留下永久的图形。
即将图形转移到硅片表面。
5．为什么要采用LDD工艺？
它是如何减小沟道漏电流的？
沟道长度的缩短增加了源漏穿通的可能性，将引起不需要的漏电流，所以需要采用LDD工艺。
轻掺杂漏注入使砷和BF2这些较大质量的掺杂材料使硅片的上表面成为非晶态。
大质量材料和表面非晶态的结合有助于维持浅结，从而减少源漏间的沟道漏电流效应。
6．为什么晶体管栅结构的形成是非常关键的工艺？
更小的栅长会引发什么问题？
因为它包括了最薄的栅氧化层的热生长以及多晶硅栅的刻印和刻蚀，而后者是整个集成电路工艺中物理尺度最小的结构。
多晶硅栅的宽度通常是整个硅片上最关键的CD线宽。
随着栅的宽度不断减少，栅结构（源漏间的硅区域）下的沟道长度也不断减少。
晶体管中沟道长度的减少增加了源漏间电荷穿通的可能性，并引起了不希望的沟道漏电流。
7、描述金属复合层中用到的材料？
采用三明治金属结构，包括：
（1）淀积Ti，使钨塞和下一层金属良好键合，层间介质良好键合；
（2）Al,Au合金，加入铜抗电迁移；
（3）TiN作为下一次光刻的抗反射层；
8、STI隔离技术中，为什么采用干法离子刻蚀形成槽？
采用干法刻蚀，是为了保证深宽比。
第十章氧化
1．二氧化硅薄膜在集成电路中具有怎样的应用？
①器件保护（避免划伤和污染），因sio2致密；
②表面钝化（饱和悬
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