【正文】 、綜合題：（30分=15分*2，20題）2題/章晶圓制備1． 畫出CZ拉單晶爐的示意圖，并簡述其工藝過程。（15分）2． 畫出區(qū)熔法生長單晶硅錠的示意圖，并簡述其工藝過程。（15分）氧化3． 對下圖所示的工藝進行描述，并寫出工藝的主要步驟。（15分）描述：圖示工藝：選擇性氧化的淺槽隔離（STI）技術(shù)。（）STI技術(shù)中的主要絕緣材料是淀積氧化物。選擇性氧化利用掩膜來完成，通常是氮化硅，只要氮化硅膜足夠厚，覆蓋了氮化硅的硅表面就不會氧化。掩膜經(jīng)過淀積、圖形化、刻蝕后形成槽。在掩膜圖形曝露的區(qū)域，熱氧化150~200埃厚的氧化物后，才能進行溝槽填充。這種熱生長的氧化物使硅表面鈍化，并且可以使淺槽填充的淀積氧化物和硅相互隔離，它還能作為有效的阻擋層，避免器件中的側(cè)墻漏電流產(chǎn)生。 步驟：1氮化硅淀積2氮化硅掩蔽與刻蝕3側(cè)墻氧化與溝槽填充4氧化硅的平坦化(CMP)5氮化硅去除。 淺槽隔離(STI)的剖面4． 識別下圖所示工藝，寫出每個步驟名稱并進行描述，對其特有現(xiàn)象進行描述。（15分）答：一 ）此為選擇性氧化的局部氧化LOCOS （ ）二 ）步驟名稱及描述：1 氮化硅淀積。2 氮化硅掩蔽與刻蝕3 硅的局部氧化 LOCOS場氧化層的剖面4 氮化硅去除用淀積氮化物膜作為氧化阻擋層，因為淀積在硅上的氮化物不能被氧化，所以刻蝕后的區(qū)域可用來選擇性氧化生長。熱氧化后，氮化物和任何掩膜下的氧化物都將被除去，露出赤裸的硅表面，為形成器件作準備。三）特有現(xiàn)象描述：當氧擴散穿越已生長的氧化物時，它是在各個方向上擴散的（各向同性）。一些氧原子縱向擴散進入硅，另一些氧原子橫向擴散。這意味著在氮化物掩膜下有著輕微的側(cè)面氧化生長。由于氧化層比消耗的硅更厚，所以在氮化物掩膜下的氧化生長將抬高氮化物的邊緣，我們稱為“鳥嘴效應(yīng)”淀積5． 詳細描述CVD過程中的氣缺現(xiàn)象，并寫出減輕氣缺現(xiàn)象的解決方案。（15分）6． 對CMOS工藝中的自對準技術(shù)進行描述，并寫出主要工藝步驟。（15分）金屬化7． 按照下圖列出雙大馬士革金屬化過程的10個步驟，并對每個步驟作簡短描述。（15分）8． 比較下面兩圖中區(qū)別，闡述其中的工藝現(xiàn)象。（15分）平坦化9． 按照下圖解釋平坦化術(shù)語。（15分）10． 按照下圖，解釋化學機械平坦化工藝。（15分）CMP是一種表面全局平坦化的技術(shù)，它通過硅片和一個拋光頭之間的相對運動來平坦化硅片表面，在硅片和拋光頭之間有磨料，并同時施加壓力。CMP設(shè)備——拋光機 光刻11． 試對CMOS工藝中反相器的8塊投影掩膜版的作用分別作出解釋。（15分）12． 識別下圖所示工藝，寫出每個步驟名稱并進行描述。（15分）答：1 氣相成底膜：清洗、脫水，脫水烘焙后立即用HMDS進行成膜處理，起到粘附促進劑的作用。2 采用旋轉(zhuǎn)涂膠的方法涂上液相光刻膠材料。3 軟烘：其目的是除去光刻膠中的溶劑。4 對準和曝光：掩模板與涂了膠的硅片上的正確位置對準。然后將掩模板和硅片曝光。5 曝光后烘焙：深紫外（DUV）光刻膠在100110℃的熱板上進行曝光后烘焙。6 顯影：是在硅片表面光刻膠中產(chǎn)生圖形的關(guān)鍵步驟。7 堅模烘焙：要求會發(fā)掉存留的光刻膠溶劑，提高光刻膠對硅片表面的粘附性。8 顯影后檢查：目的是找出光刻膠有質(zhì)量問題的硅片，描述光刻膠工藝性能以滿足規(guī)范要求?？涛g13． 等離子體干法刻蝕系統(tǒng)的主要部件有哪性？試舉出三種主要類型，并對圓筒式等離子體刻蝕機作出介紹。（15分）答：一個等離子體干法刻蝕系統(tǒng)的基本部件包括：（1）發(fā)生刻蝕反應(yīng)的反應(yīng)腔；（2）產(chǎn)生等離子體的射頻電源；（3）氣體流量控制系統(tǒng)；（4）去除刻蝕生成物和氣體的真空系統(tǒng)。? 圓桶式反應(yīng)器是圓柱形的，~1托壓力下具有幾乎完全相同的化學各向同性刻蝕。硅片垂直、小間距地裝在一個石英舟上。射頻功率加在圓柱兩邊的電極上。通常有一個打孔的金屬圓柱形刻蝕隧道，它把等離子體限制在刻蝕隧道和腔壁之間的外部區(qū)域。硅片與電場平行放置使物理刻蝕最小。等離子體中的刻蝕基擴散到刻蝕隧道內(nèi)，而等離子體中的帶能離子和電子沒有進入這一區(qū)域。 ? 這種刻蝕是具有各向同性和高選擇比的純化學過程。因為在硅片表面沒有物理的轟擊，因而它具有最小的等離子體誘導損傷。圓桶式等離子體反應(yīng)器主要用于硅片表面的去膠。氧是去膠的主要刻蝕機。 14． 在半導體生產(chǎn)中，干法刻蝕是最主要的用來去除表面材料的刻蝕方法 。試解釋其刻蝕機理。（15分）擴散15． 闡述硅片中固態(tài)雜質(zhì)的擴散原理和步驟，并分別進行描述。（15分）16． 在硅片制備過程中，完成擴散過程需要幾個步驟，并進行描述。（15分）離子注入17． 對下圖中的設(shè)備進行介紹，并對其所屬的工藝進行描述。（15分）? 離子注入工藝在離子注入機內(nèi)進行，它是半導體工藝中最復雜的設(shè)備之一。離子注入機包含離子源部分，它能從原材料中產(chǎn)生帶正電荷的雜質(zhì)離子。離子被吸出，然后用質(zhì)量分析儀將它們分開以形成需要摻雜離子的束流。束流中的離子數(shù)量與希望引入硅片的雜質(zhì)濃度有關(guān)。離子束在電場中加速，獲得很高的速度（107cm/s數(shù)量級），使離子有足夠的動能注入到硅片的晶格結(jié)構(gòu)中。束流掃描整個硅片，使硅片表面均勻摻雜。注入之后的退火過程將激活晶格結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)離子。所有注入工藝都是在高真空下進行的。? 離子注入設(shè)備包含以下5 個部分：? （1）離子源；（2）引出電極（吸極）和離子分析器；（3）加速管；（4）掃描系統(tǒng)；（5）工藝室 ? 離子注入是一種向硅襯底中引入可控制數(shù)量的雜質(zhì)，以改變其電學性能的方法。它是一個物理過程，即不發(fā)生化學反應(yīng)。離子注入在現(xiàn)代硅片制造過程中有廣泛應(yīng)用，其中最主要的用途是摻雜半導體材料。每一次摻雜對雜質(zhì)的濃度和深度都有特定的要求。離子注入能夠重復控制雜質(zhì)的濃度和深度，因而在幾乎所有應(yīng)用中都優(yōu)于擴散。熱擴散的5個問題對先進的電路生成的限制：（1）橫向擴散（2）超淺結(jié)（3）粗劣的摻雜控制（4）表面污染的阻礙（5）錯位的產(chǎn)生。 ? ：? （1）向硅片中引入均勻、可控制數(shù)量的特定雜質(zhì)。? （2）把雜質(zhì)放置在希望的深度。 18． 離子注入工藝的主要優(yōu)缺點。（15分）? 答：優(yōu)點：（1）精確控制雜質(zhì)含量。? （2）很好的雜質(zhì)均勻性。（掃描方法）? （3）對雜質(zhì)穿透深度有很好的控制。（控制能量）? （4）產(chǎn)生單一離子束。（質(zhì)量分離技術(shù)）? （5）低溫工藝。（中等溫度小于125℃，允許使用不同的光刻掩膜，包括光刻膠）? （6）注入的離子能穿過薄膜。? （7）無固溶度極限。? 缺點：（1）高能雜質(zhì)離子轟擊硅原子將對晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。當高能離子進入晶體并與襯底原子碰撞時，能量發(fā)生轉(zhuǎn)移，一些晶格上的硅原子被取代，這個反應(yīng)被稱為輻射損傷。大多數(shù)甚至所有的的晶體損傷都能用高溫退火進行修復。? （2）注入設(shè)備的復雜性。然而這一缺點被離子注入機對劑量和深度的控制能力及整體工藝的靈活性彌補?工藝集成19． 試畫出CMOS反相器的剖面圖，并列出在硅片上制作一個CMOS反相器所需的基本步驟。（15分）20． 依照下圖，對硅片制造廠的六個分區(qū)分別做一個簡短的描述，要求寫出分區(qū)的主要功能、主要設(shè)備以及顯著特點。（15分）（1） 擴散區(qū)。擴散區(qū)一般認為是進行高溫工藝及薄膜淀積的區(qū)域。主要設(shè)備：高溫擴散爐：1200℃，能完成氧化、擴散、淀積、退火以及合金等多種工藝流程。濕法清洗設(shè)備 。（2） 光刻。把臨時電路結(jié)構(gòu)復制到以后要進行刻蝕和離子注入的硅片上。主要設(shè)備：涂膠/顯影設(shè)備，步進光刻機。（3） 刻蝕。用化學或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要材料，在硅片上沒有光刻膠保護的地方留下永久的圖形。主要設(shè)備：等離子體刻蝕機，等離子去膠機，濕法清洗設(shè)備 。（4） 離子注入。主要功能是摻雜。主要設(shè)備：離子注入機、等離子去膠機、濕法清洗設(shè)備 。（5） 薄膜生長。介質(zhì)層和金屬層的淀積。主要設(shè)備：CVD工具、PVD工具、SOG（spinonglass）系統(tǒng)、RTP系統(tǒng)、濕法清洗設(shè)備 。（6） 拋光?；瘜W機械平坦化是一種表面全局平坦化技術(shù)，通過化學反應(yīng)和機械磨擦去除硅片表面層，以使硅片表面平坦利于后續(xù)工藝的展開。 主要設(shè)備：拋光機，刷片機（wafer scrubber），清洗裝置，測量裝置 。20 /