2009级微电子工艺学试卷(A卷)参考答案

华中科技大学2011—2012学年第二学期电子科学与技术专业《微电子工艺学》试卷A(开卷)题号一二三四总分题分10204030100得分一、判断下列说法的正误，正确的在后面括号中划“√”，错误的在后面括号中划“×”(本大题共10小题，每小题1分，共10分)1、单晶生长实际上是液固两相的转化，实现条件是在两相界面附近存在浓度梯度。(×)2、如果光刻胶的CMTF小于实际光刻图形的MTF，则光刻图形上的最小尺寸线条可能被分辨。反之，不能被分辨。(√)3、热氧化过程中，硅内靠近Si-SiO2界面的杂质将在界面两边的硅和二氧化硅中形成再分布。对于k1、二氧化硅中的慢扩散杂质，再分布之后靠近界面处二氧化硅中的杂质浓度比硅中高，硅表面附近浓度下降。(√)4、研究表明，杂质在半导体晶体中的扩散虽然比较复杂，但可以归纳为几种典型的形式，如填隙式和替位式扩散，其中替位式扩散的速度较快。(×)5、离子注入掺杂时，降低离子能量是形成浅结的重要方法。但在低能情况下，沟道效应很明显，可能使结深增加一倍，且离子束稳定性降低。(√)6、氮化硅(Si3N4)薄膜介电常数约6~9，不能作为层间绝缘层，否则将造成较大寄生电容，降低电路速度。但它对杂质扩散有极强掩蔽能力，可以作为器件最终钝化层和机械保护层以及硅选择性氧化的掩模。(√)7、自掺杂效应是气相外延过程中的无意识掺杂效应，采取适当措施可以完全避免，例如降低由衬底蒸发的杂质量以及避免使蒸发出的杂质重新进入外延层。(×)8、溅射仅是离子对物体表面轰击时可能发生的四种物理过程之一，其中每种物理过程发生的几率取决于入射离子的剂量。(×)9、等离子体刻蚀与溅射刻蚀并无明显界限，化学反应和物理作用都可能发生，具体刻蚀模式取决于系统压力、温度、气流、功率及相关可控参数。(√)10、MOS器件之间是自隔离的(self-isolated)，可大大提高集成度。但当绝缘层上的金属引线经过两个MOSFET之间的区域时，会形成寄生场效应晶体管。因此，MOSIC中的隔离主要是防止寄生的导电沟道，即防止场区寄生场效应晶体管开启。(√)二、选择填空。(本大题共10小题，每小题2分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对得2分，选对但不全的得1分，有选错的得0分)1、硅中常见杂质大多数分凝系数小于1。采用直拉法和区熔法制备硅单晶时，可实现提纯，尤其是多次循环区熔。单就一次提纯的去杂质效果而言，(D)。A.两方法区别不大B.两方法均不太好C.区熔法较好D.直拉法较好2、分布重复曝光系统的优点之一是其掩模图形尺寸与实际图形尺寸的比例可以大于1:1(称为缩小图形曝光)。原则上该比例越大分辨率越高，但实际曝光系统通常采用4:1或5:1，这是(C)折中的结果。A.分辨率与聚焦深度B.分辨率与对准精度C.分辨率与曝光时间D.分辨率与对比度3、在给定氧化条件下，抛物线型速率常数与衬底晶向无关，而线性速率常数与晶体取向有关，这是因为(A、B)。A.抛物线型速率常数度量的是氧化剂穿过一层无序的非晶二氧化硅的扩散B.线性速率常数与KS成正比，后者与单位晶面上能与氧化剂反应的有效键密度有关C.抛物线型速率常数与KS成正比，后者与单位晶面上能与氧化剂反应的有效键密度有关D.线性速率常数度量的是氧化剂穿过一层无序的非晶二氧化硅的扩散4、高掺杂情况下的杂质扩散系数与杂质浓度有关，总的扩散系数是所有杂质-空位复合体的扩散系数之和，称为(B)。A.本征扩散系数B.非本征扩散系数C.表观扩散系数D.非表观扩散系数5、掺杂杂质在晶体内的浓度分布可以采用多种方法进行测量，其中(C)测量得到的是掺杂物的化学浓度，而不仅仅是电学浓度/载流子浓度。A.电容-电压(C-V)法B.扩展电阻法C.二次离子质谱(SIMS)法D.扫描隧道显微(STM)法6、CMOS电路中的完整器件通常并不是做在体硅上，而是做在一层很薄(2~4m)的轻掺杂外延层上，目的是(A、B、D)。A.避免闩锁效应B.提供控制杂质浓度分布的方法C.形成SOI隔离结构D.使器件具有较好介质完整性和较小漏电流7、在大规模集成电路制造中，湿法腐蚀已被干法刻蚀所替代，原因在于(B、C、D)。A.干法刻蚀的选择性好B.干法腐蚀能达到较高分辨率C.干法刻蚀的各向异性好D.湿法腐蚀需大量腐蚀性试剂，对人体和环境有害8、平坦化工艺是现代集成电路制造中的重要工艺步骤，采用(A)可实现介质和金属表面的全局平坦化。第1页共3页姓名一、密封线内不准答题。二、姓名、学号不许涂改，否则试卷无效。三、考生在答题前应先将姓名、学号、年级和班级填写在指定的方框内。四、试卷印刷不清楚。可举手向监考教师询问。学号所在年级、班级装订注意意：线A.化学机械抛光(CMP)B.BPSG高温回流C.牺牲层回刻D.SOD/SOG9、为了改善真空蒸发工艺的台阶覆盖，可以在蒸发过程中(C、D)，增加原子的迁移能力。A.延长淀积时间B.增大气体流量C.加热晶片D.旋转晶片10、考虑对描述杂质扩散运动的费克定律应用何种分析解时，可进行以下判断(A、C)。A.当表面浓度为固溶度时，意味着该分布是余误差分布B.当表面浓度为固溶度时，意味着该分布是高斯分布C.当表面浓度较低时，意味着该分布经过长时间推进过程，为高斯分布D.当表面浓度较低时，意味着该分布经过长时间推进过程，为余误差分布三、简明回答下列问题(本大题共5小题，每小题8分，共40分)1、在利用柴可拉斯基法所生长的晶体中掺入硼原子，为何在尾端的硼原子浓度会比籽晶端的浓度高?答：硼在硅中的分凝系数为0.72，小于1，所以固相中硼在硅中的固溶度小于熔融硅中的固溶度。因此，会有过量的B原子留在熔融硅中，即熔融硅中硼的浓度会不断增加。晶体的尾端在最后固化，所以尾端的硼原子浓度会比籽晶端的浓度高。2、解释为何一般淀积多晶硅薄膜的温度普遍较低，大约在600℃～650℃之间。答：这有两个理由：一是使硅片的热支出最小化，以降低掺杂扩散和材料劣化。此外，在较低温度下发生的气相反应较少，可以使薄膜更平整、粘附性更好。还有一个理由就是这样得到的多晶硅晶粒较小，晶粒越细小，就越容易经过光刻、刻蚀而得到光滑、均匀的边缘。但是，若温度低于575ºC，则沉积速率太低。3、我们要在亚微米MOSFET的源极与漏极形成一个0.1μm重掺杂的结．能选择哪几种掺杂?将其激活的方法有几种?你会推荐哪一种?为什么?答：可以选择多次注入及掩蔽、倾斜角度离子注入和高能量与大电流注入等方式。将其激活的方法包括传统退火和快速热退火等。由表面薄膜扩散可以避免沟道效应的问题。倾斜角度离子注入不能使用因为存在阴影问题。如果使用低能离子注入，必须预先对硅进行非晶化，以保证结的深度，还必须进行快速热退火。4、采用CVD和外延工艺制备薄膜时，反应室中的气流是比较复杂的。如果气体流速U恒定，沿反应室长度方向边界层厚度(S)增大，气体有效质量传输系数(hG)降低，同时沿反应室长度方向会发生源气体耗尽，使薄膜生长速率逐渐降低，如何解决这一问题？答：倾斜基座：US，hG设定前后5~25C温度梯度：kS气体由上部注入：hG5、器件尺寸按比例缩小是提高器件性能/价格比的有效途径之一。R.Dennard在1974年提出“理想尺寸缩小策略”，即将所有尺寸参数除以K因子，电压参数(栅、漏及阈值电压)除以S因子。如果S=K=1.4~1.6，电场和总耗能保持不变，且耗尽层随尺寸缩小而缩小，这是我们希望看到的结果。然而，这一策略实际上从来未被采用过，试举一个原因说明为什么。答：如果阈值电压值按照理想缩减策略里建议的那样被降低，现在应该早已降至毫伏级，这将带来很多与噪音相关的问题，同时低阈值电压会导致较大的漏电流。晶体管特性曲线四、计算题(本大题共3小题，每小题10分，共30分)1、为避免电迁移的问题，最大铝导线的电流密度不得超过5×105A/cm2．假设导线长为2mm,宽为1μm，最小厚度为1μm，此外有20％的线在台阶上，该处厚度为0.5μm。试计算此线的电阻值。假设电阻率为3×10-6Ω·cm，计算铝线两端可承受的最大电压。第2页共3页性能参数K=S器件尺寸1/K1/K阈值电压1/S1/K电场K/S1栅电容1/K1/K漏极电流K/S21/K功率(每器件)K/S31/K2总耗能K3/S31晶体管数(每芯片)K2K2姓名一、密封线内不准答题。二、姓名、学号不许涂改，否则试卷无效。三、考生在答题前应先将姓名、学号、年级和班级填写在指定的方框内。四、试卷印刷不清楚。可举手向监考教师询问。学号所在年级、班级装订注意意：线解：此铝线可考虑有两段串接而成：0.4mm的厚度是0.5µm，余下1.6mm的厚度是1µm，总电阻为：6124444120.160.04310101010(0.510)RAA=72Ω.限制电流I由允许的最大电流密度乘以较薄段的横截面积而得到：I=5×105A/cm2×(10-4×0.5×10-4)=2.5×10-3A=2.5mA.那么，铝线两端可承受的最大电压为3722.510AVRI=0.18V.2、(a)对波长为193nm的ArF准分子激光光学光刻系统，其NA=0.65，k1=0.60，k2=0.50．此光刻机理论分辨率与聚焦深度为多少?(b)实际上我们可以如何修正NA、k1与k2参数来改善分辨率?(c)相移掩模版(PSM)技术通过改变哪一个参数而改善分辨率?解：(a)此光刻机理论分辨率为10.193μm0.60.1780.65mlkNAµm聚焦深度为2220.193m0.5()(0.65)DOFkNA=0.228µm(b)我们可以通过增加数值孔径NA来提高分辨率，也可以采用分辨率增强技术opt(RET)如光学邻近校正(OPC)和相位移掩模版(PSM)方法，还可以开发新的光刻胶以提供更低的k1和更高的k2来得到更高的分辨率和更好的聚焦深度。(c)相位移掩模版(PSM)方法是通过改变k1来提高分辨率的。3、CMOS中的p阱的形成。要求表面浓度Cs=4×1017cm-3，结深xj=3μm。已知衬底浓度为CB=1×1015cm-3。通过计算设计该工艺过程。解：1）假设离子注入+推进退火假定通过推进退火获得的结深，则根据该数值为推进扩散的“热预算”。2）推进退火的时间假定在1100C进行推进退火，则扩散系数D=1.5×10-13cm2/s3）所需离子注入的杂质剂量，可以推算出该剂量可以很方便地用离子注入实现在非常薄的范围内的杂质预淀积4）假如采用950C热扩散预淀积而非离子注入此时，B的固溶度为2.5×1020/cm3，扩散系数D=4.2×10-15cm2/s该预淀积为余误差分布，则预淀积时间为即使149predepdrivein2.3103.710DtDt但是预淀积时间过短，工艺无法实现。应改为离子注入！第3页共3页姓名一、密封线内不准答题。二、姓名、学号不许涂改，否则试卷无效。三、考生在答题前应先将姓名、学号、年级和班级填写在指定的方框内。四、试卷印刷不清楚。可举手向监考教师询问。学号所在年级、班级装订注意意：线2429217153103.710cm4104ln4ln10jsBxDtCC92drivein1323.710cm6.8hours1.510cmsect1791324103.7104.310cmsQCDt2sDtQC213predep20154.3105.5sec22.5104.210t