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
电场，电子在从源区向漏区移动的过程中，将受此电场加速成高能电子，它碰撞产生电子空穴对，热电子从电场获得能量，造成电性能上的问题，如被栅氧化层陷阱俘获，影响器件阈值电压控制。LDD注入在沟道边缘的界面区域产生复杂的横向和纵向杂质剖面。LDD降低的杂质浓度减小了结和沟道区间的电场，把
结中的最大电场位置与沟道中的最大电流路径分离，从而防止热载流子产生。
5、解释为什么目前CMOS工艺中常采用多晶硅栅工艺，而不采用铝栅工艺？(7分)
答：目前CMOS工艺中常采用多晶硅栅工艺，而不采用铝栅工艺的原因是：
①采用自对准方式，减小了晶体管的尺寸和栅电极与源、漏电极间的交叠电
容，从而提高器件的集成度与工作速度。②多晶硅可以高温氧化，对多层布线非常有利。③阈值电压低（取决于硅与二氧化硅的功函数差）。④有利于采用等比例缩小法则。⑤耐击穿时间长。
6、什么是离子注入时的沟道效应？列举出三种控制沟道效应的方法？(7分)
答：沟道效应：单晶硅原子为长程有序排列，当注入离子未与硅原子碰撞减
速，而是穿透了晶格间隙时，就发生了沟道效应，使预期的设计范围（如掺
杂深度和浓度）大大扩展。
方法：1、倾斜硅片；2、掩蔽氧化层；3、预非晶化。
7、在半导体制造技术中，高k介质和低k介质各自应用在什么地方，为什么？(7分)
答：低k材料用于层间介质，因为低k介质减小电容，从而减小RC信号延迟，提高器件工作频率。
高k介质用在替代栅氧化层，提高栅氧厚度，抑制栅极隧穿漏电流；还可应
用于DRAM存储器，提高存储电荷（或能量）密度，简化栅介质结构。
8、阐述铜金属化面临的三大问题，如何解决这些问题？(7分)
答：铜金属化面临的三大问题：①扩散到氧化区和有源区；②刻蚀困难（干法刻蚀难以形成挥发性物质），铜不容易形成图形；③铜在较低温度下(<200℃)极易氧化，且不能生成保护层来阻止进一步的氧化。
解决办法：①双大马士革中采用CMP，无需刻蚀铜；②钨填充用作局部互联金属和第一层金属与有源区的接触，避免铜刻蚀和铜“中毒”。
9、Si3N4材料在半导体工艺中能否用作层间介质，为什么？请举两例说明Si3N4在集成电路工艺中的应用。(7分)
答：Si3N4材料在半导体工艺中不能用作层间介质，因为Si3N4材料的介电常数大，
用作层间介质会引起很严重的互连延迟。
Si3N4在集成电路工艺中的应用：①芯片最终的钝化层；②STI工艺中的CMP的阻止层。
10、化学机械平坦化的工作机理是什么？与传统平坦化方法相比，它有哪些
优点？(7分)
答：化学机械平坦化（CMP）工作机理：表面材料与磨料发生反应，生成
容易去除的表面层；同时表面层通过磨料中的研磨剂和研磨压力与抛光垫的相对
运动而机械磨去。
与传统平坦化方法相比，CMP优点：全局平坦化；平坦化不同的材料；平
坦化多层材料；减小严重表面起伏；制作金属图形的方法之一；改善台阶覆盖；
不使用危险气体；减薄表面材料去除表面缺陷。
11、MOS器件中常使用什么晶面方向的硅片，双极型器件呢？请分别给出原因。(7分)
答：MOS器件：<100> Si/SiO2界面态密度低；
双极器件：<111>的原子密度大，生长速度快，成本低。
12、采用提拉法（CZ法，切克劳斯基法）和区熔法制备的硅片，哪种方法质
量更高，为什么？那么目前8英寸以上的硅片，经常选择哪种方式制备，为什么？(7分)
答：区熔法制备的硅片质量更高，因为含氧量低。
8英吋以上的硅片，选择CZ法制备，晶圆直径大。
13、为什么硅片热氧化结束时通常还要进行氢气或氢－氮混合气体退火？(7分)
答：距Si/SiO2界面2nm以内的Si的不完全氧化是带正电的固定氧化物电荷区；对于器件的正常工作，界面处的电荷堆积是不受欢迎的；通过在氢气或氢一氮混合气中低温450℃退火，可以减少这种不可接受的电荷。
14、比较投影掩模版和光学掩模版有何异同？说明采用什么技术形成投影掩
模版上的图形？(7分)
答：投影掩膜版：图形可能仅包含一个管芯，也可能是几个。容易形成亚微
米图形；小曝光场，需要步进重复；光学缩小，允许较大的尺寸。
光学掩膜版：包含了对于整个硅片来说确定一工艺层所需的完整管芯阵列。
