半导体制造技术问题题含答案-3

2024年7月409:21:14发布者:喂喂喂 11 views 举报
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第一章 半导体产业介绍

1. 什么叫集成电路?写出集成电路发展的五个时代及晶体管的数量? (15 )

集成电路:将多个电子元件集成在一块衬底上,完成一定的电路或系统功能。

集成电路 芯片/元件数 产业周期

无集成 1 1960 年前

小规模(SSI) 2 到 50 20 世纪 60 年代前期

中规模(MSI) 50 到 5000 20 世纪 60 年代到 70 年代前期

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? (15 )

Wafer preparation(硅片准备)

Wafer fabrication (硅片制造)

Wafer test/sort (硅片测试和拣选)

Assembly and packaging (装配和封装)

Final test(终测)

3. 写出半导体产业发展方向?什么是摩尔定律? (15 )

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 )

最小特征尺寸,称为关键尺寸(Critical Dimension,CD)CD 常用于衡量工艺难易的标志。

5. 什么是 More moore 定律和 More than Moore 定律? (10 )

“More Moore”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。

“More Than Moore”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 )

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-Integrated Device Manufactory Co.),从晶圆之设计、制造到

以自有品牌 行销全球皆 手包办

Foundry:标准工艺加工厂或称 业代工厂商。

Chipless: 不生产 不设计芯片, 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 不同职业 并简要描述 . (15 )

1.硅片制造技 负责操作 硅片制造设备。一 设备 维护 工艺和设备的 故障查询

2.设备技 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 确运

3.设备工 程师 :从 确定设备设计 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

5. 实验室 :从 事开 实验室 建立并进行

6:成品 / 失效分析 :从 缺陷分析相 关的工 ,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 引起问题 根源

7.成品 提高工 程师 并分析 成品 率及 测试数 以提高硅片制造性能。

8.设 程师 :为硅片制造厂的 学材料、 净化空气及 常用设备的 基础 提供工 设计 支持

第二章 导体 材料特性 第五章 导体 制造中的 学品 第六章 硅片制造中的 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)

:最 常的半 导体 材料是硅。 原因 :1.硅的 丰裕 度;2. 高的 融化温 允许更 高的工艺 容限 ;3.

宽的工 作温 范围 ;4. 氧化 硅的自 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 高的电子 此多数 载流 动得比 硅中的 更快 砷化镓也

生电 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 G aAs 器

件增 信号 速度 允许它们 通信 系统中响 频微波信号并 精确 地把它们 成电 信号 。硅

导体 速度 太慢 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 现隔 ,不 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 广泛使 用的 溶剂 ,在 它里面没 电的 子。DI Water

的 P H 值为 7, 不是 酸也 不是 ,是中性的。 够溶解其他物质 包括许 化合物 和供

化合物 子( H 2 O ) 溶解离 化合物时 它们通过克服离 间离 子键 使离 分离

包围离 子,最后 扩散 液体 中。

4. 例举出硅片厂中使用的五种通用气体。(第五章)( 5 分)

氧气 O 2)、 氩气 (Ar)、 氮气 N 2)、 氢气 H 2)和 氦气 H e)

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 免受诸 颗粒 金属 、有 机分 子和 释放

E SD)的 污。一 那意味着这些玷 污在最 先进 测试 器的 测水平 范围内都检 测不到。

净化间还意味着遵循广泛 的规 实践 ,以确 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?(第六章)( 10 分)

:自 然氧化层: 果曝露 室温下 空气 含溶解氧 去离 子水中,硅片的 表面 将被 氧化

薄氧化层 称为自 然氧化层 。硅片上最 的自 然氧化层 长始 潮湿 硅片 表面暴露 空气

,一 秒钟内就 有几 十层 附在硅片上 并渗透 到硅 表面 这引起 表面 室温下就

氧化 。自 然氧化层引起 问题 是: 妨碍其他 工艺 步骤 ,如硅片上 薄膜 的生 和超 薄氧

化层 的生 ②另 一个 问题 在于 金属导体 接触区 ,如 氧化层 在,将增加 接触

少甚 可能 阻止 流流过 ③对 导体 性能和可靠性有 大的影响

7. 例举硅片制造厂房中的 7 种玷污源。(第六章)( 10 分)

:硅片制造厂 中的 :(1) 空气:净化 标定了 净化间 空气质 量级

净化室空气 中的 颗粒 尺寸和密度 征的 (2) 人:人 颗粒 的产生 人员持 续不断的 进出净化

,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 环境 进行 ,有

要采用系统方法来控制 净化间区域 输入 输出; (4)水 :需 要大量高 量、超 纯去离 子水,

用水 有大量的 污以 不能用于硅片生产。 去离 子水是硅片生产中用 最多的 学品(5)

工艺用 学品 : 为了 保证 成功的器件成品 和性能,半 导体 工艺 用的 液态化 学品 含沾

(6)工艺 气体:气体流 器和 气体过 器以 除杂 颗粒; (7)生产设备 : 用来制造半

硅片的生产设备是硅片生产中最大的 颗粒

8. 解释空气质量净化级别。(第六章)( 5 分)

净化 标定了 净化间 空气质 量级 由净化室空气 中的 颗粒 尺寸和密度 征的。

一数 字描绘 了要 怎样 控制 颗粒 颗粒玷 污。 净化 别起源 美国 标准 2009.如 果净化间

颗粒 数来 说明 如 1 级 净化间 接受 1 个 0.5um 的 颗粒 这意味着

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。(第六章)( 10 分)

净化间 舞厅式布局 为大的制造 间具 有 10000 级的级 层流 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?(第六章)( 10 分)

:用以制造 去离 子水的 去离 化过程 是指,用特制的 树脂 盐类 子。

18M Ω -cm 电 阻率 别下 水被 已经 去离

11. 描述 R CA 清洗工艺。(第六章)( 10 分)

:工业标准 湿 清洗 工艺称为 R CA 清洗 工艺, 美国 无线电公司( R CA)于 20 世纪 60 年代

R CA 湿 清洗 一系 种不 溶液 组成:1 标准 清洗 (SC-1)

和 2 标准 清洗 (SC-2)。SC-1 的 学配料为 NH 4 OH / H 2 O 2/ H 2 O 这 1 : 1 : 5

到 1:2:7 的配 溶液 ,能 颗粒 和有 机物质 ,SC-1 湿 清洗主 通过氧化

颗粒 或电学 排斥 起作 用。SC-2 的组 H CL/ H 2 O 2/ H 2 O , 1:1:6 到 1:2:8 的配

用于 硅片 表面 金属 。改 后的 R CA 清洗 可在低 温下进行 ,甚 低到 45 摄氏

12. 例出典型的硅片湿法清洗顺序。(第六章)( 10 分)

硅片 清洗 步骤 :(1) H 2S O 4/ H 2 O 2(piranha) : 机物 金属; (2)UPW 清洗 (超 水) : 清洗

(3) H F/ H 2 O H F) : 然氧化层; (4)UPW 清洗 : 清洗 (5) NH 4 OH / H 2 O 2/ H 2 O (SC-1) :颗粒;

(6)UPW 清洗 : 清洗 (7) H F/ H 2 O: 然氧化层; (8)UPW 清洗 : 清洗 (9) H CL/ H 2 O 2/ H 2 O (SC-2) :

金属; (10)UPW 清洗 : 清洗 (11) H F/ H 2 O: 然氧化层; (12)UPW 清洗 : 清洗 (13) 干燥 : 干燥

器件技术 基础

1. 构成集成电路 基础 的晶 可以将集成电路 类型? 每种 类型 各有 什么 特征

(40

种, 双极 集成电路,M O S 集成电路, 双极 -M O S( B iM O S)集成电路。

双极 集成电路:采用的有 器件是 双极 ,特 :速度高, 力强 功耗大,集成能

低。

M O S 集成电路:采用的有 器件是 M O S 晶 ,特 输入阻 高, 抗干扰 力强 ,功耗小,

集成度高。

双极 -M O S( B iM O S)集成电路: 时包含 双极 和 M O S 晶 ,特 了速度高,

力强 抗干扰 力强 ,功耗小,集成度高的 制造工艺 复杂

2. 什么 是无 元件 ?例举 个无 元件的 子。 什么 是有 元件 ?例举 个有 元件的

子。(30

:无 元件:在不 加电 可以 显示 特性的电子元件。 这些 元件无 如何

和电 源相 可以 。如电 ,电

元件: 内部 有电 源存 在,不 要能量的来 源而实行它 特定的功能, 可以控制电 方向,

信号 。如 极管 ,晶

3. 什么 是 CM O S 技术 ?什么 是 ASIC (30

:CM O S( 互补型 金属氧化物 导体 )技术:将成 金属氧化物 导体 效应

(M O SF E T)集成在一块硅片上。 使 集成电路有功耗低,工 范围 宽, 逻辑摆幅 大, 使

抗干扰 力强 ,隔 结构 使 CM O S 器件的 输入 大,从 而使 CM O S 期 同类逻辑

的能 比其他 列强 多。

ASIC:(Application Specific Integrated Circuits) 用集成电路,是指 特定用户要 或特

定电子系统的 设计、制造的集成电路。 是: 小, 量轻,功耗低,可靠性 ,易

高性能, 密性 ,大 显著 降低成本。

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)

:用 来制备 级硅

第二步 通过化 级硅提 以生成 三氯

西门 子方法, 通过 三氯 氢气 来生产半 导体 级硅

度能 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?(30 分)

整形处理 片, 片和 角, 刻蚀 抛光 清洗 ,硅片 评估

3. 什么是外延层?为什么硅片上要使用外延层?(20 分)

是指在硅的 中以硅 片为 晶生 薄膜层 ,新的 层会 制硅片的晶 结构,

结构 比原 硅片 加规 为器件设计 优化 器件性能方 提供了 大的 灵活 性, 如可

以控制 掺杂厚 度、 度、 轮廓 而这些因 与硅片衬底无关的, 种控制可以 通过外

长过程 中的 掺杂 现。 层还 可以 少 CM O S 器件中的 闩锁 效应

第七章 测量学和 缺陷检查 工艺 中的 气体 控制 第十 硅片测试 第二十章 装配与封

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)

导体质 量测量定 了硅片制造的规 ,以确 满足 器件的性能和可靠性。集成电路制造中

的 12 种不 量测量:1. 2.方块电 3. 膜应 4. 折射 5. 掺杂浓 度 6.无 图形 表面缺陷 7.

图形 表面缺陷 8.关键尺寸 9. 台阶覆盖 10. 套刻 11.电 -电 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 要工 扫描 电子 (S E M), 大 10 万到 30 万 明显

高于 ,用 扫描 电子 镜观 测硅片的 横截 面部分 能提供 缺陷 ,常与 其他分析

术结 合使 用,如 E D X 或 FI B

3. 解释投射电子能显微镜。(第七章)( 10 分)

T E M 加速和 集的电子 束投射 到非常 品上,电子与 品中的电子 碰撞 电子与 品中

子的 碰撞 方向,从 产生 立体 角的大小与 品的密度、 度有关,

可以 明暗 的影 。T E M 是 一定量测量硅片上一 非常小特征尺寸的测量工

4. 例出并描述 4 种真空范围。(第八章)( 5 分)

空范围 :(1)低级 空:气流 要是 由分 碰撞 产生的( 滞留 ), 压强

械型压力 测量 测量。(2)中级 空:范围 是 1 到 10e-3 。(3)高级 空:气体分 间很

碰撞 。(4)超高级 空: 是高级 延伸 通过对 的设计和材料的严格控制

要的 气体

5. 给出使用初级泵和真空泵的理由。(第八章)( 5 分)

空里 压强 气体分 空间 加大了, 成为 气体流过 系统 在工艺 产生

而初 可以 除腔 99.99 % 原始空气 其他 ,高级 用来

压力 范围 10e-3 到 10e-9 的高级和超高级

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 电学测试:(1)IC 设计 验证: 描述 试和 检验 新的芯片设计,

保证 规格要 ,是在生产前 进行 的。(2)在线 数测试 : 为了 控工艺,在制 作过程

(前 进行 的产品工艺 检验 测试。在硅片制造 过程 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 产品规格。在硅片制造后 进行 。(4)可靠性 : 集成电路加电

在高 温下 测试,以发现 失效 (有 在在线 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。在封装的 IC 进行

7. 例举并解释 5 个进行在线参数测试的理由。(第十九章)( 5 分)

进行 在线 数测试的 为:(1) 工艺 问题: 硅片制造 过程 中工艺 问题

不是等到 已经 完成了硅片制造 发现有 问题进行 测试。(2) 通过 / 失效 标准 : 据通过 / 失效

标准 定硅片是 继续后 的制造 。(3)数 据收 : 为了改 工艺, 集硅片数 评估

向(如 沟道 度的改 )。(4)特 测试 : 要的 候评估 性能 数(如特 殊客

)。(5)硅片级可靠性 :需 要确定可靠性与工艺 件的联系 进行 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 寿命 ,在 其使 环境 常工 句话说 是集成电路

使 用多 长时间 测试在 苛刻 环境 中(如 度提高到 85 ,提高 )给

芯片加电 测试, 使 用的器件 失效 ,从 免它们 户), 种测试能 产生 可靠

的集成电路, 但往往 长时间 的测试, 几甚 是一种 费钱 的工

9. 例举在线参数测试的 4 个主要子系统。(第十九章)( 5 分)

在线 数测试的 4 个 要子系统为:(1) 探针卡 : 是自 测试 测器件之

(2)硅片定 : 为测试硅片, 要确与 探针 接触 的硅片的 探针 。(3)测试 : 高级集

成电路 要能 在测试结构上 速、准确、 重复 测量 级电 法级电 的自 测试设

备, 控制测试 过程 (4) 网络主 的计 机: 测试系统 操作 的计 机包括 测试

法、自 测试设备、用于硅片定 控制 件、测试数 保存 和控制、系统 准和

故障 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)

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