第一次作业：1，集成时代以什么来划分？列出每个时代的时间段及大致的集成规模。答： 类 别 时 间 数字集成电路模拟集成电路 MOS IC 双极IC SSI 1960s前期 MSI 1960s1970s 100500 30100 LSI 1970s 5002000 100300VLSI 1970s后期1980s后期 2000 300ULSI 1980s后期1990s后期 GSI 1990s后期20世纪初 SoC 20世纪以后2，什么是芯片的集成度？它最主要受什么因素的影响？答：集成度：单个芯片上集成的元件（管子）数。受芯片的关键尺寸的影响。3，说明硅片与芯片的主要区别。答：硅片是指由单晶生长，滚圆，切片及抛光等工序制成的硅圆薄片，是制造芯片的原料，用来提供加工芯片的基础材料；芯片是指在衬底上经多个工艺步骤加工出来的，最终具有永久可是图形并具有一定功能的单个集成电路硅片。4，列出集成电路制造的五个主要步骤，并简要描述每一个步骤的主要功能。答：晶圆(硅片)制备(Wafer Preparation)；硅(芯）片制造(Wafer Fabrication)：在硅片上生产出永久刻蚀在硅片上的一整套集成电路。硅片测试/拣选(Die Test/Sort)：单个芯片的探测和电学测试，选择出可用的芯片。装配与封装(Assembly and Packaging)：提供信号及电源线进出硅芯片的界面；为芯片提供机械支持，并可散去由电路产生的热能；保护芯片免受如潮湿等外界环境条件的影响。成品测试与分析（或终测） (Final Test)：对封装后的芯片进行测试，以确定是否满足电学和特性参数要求。5，说明封装的主要作用。对封装的主要要求是什么。答：封装的作用：提供信号及电源线进出硅芯片的界面；为芯片提供机械支持，并可散去由电路产生的热能；保护芯片免受如潮湿等外界环境条件的影响。主要要求：电气要求：引线应当具有低的电阻、电容和电感。机械特性和热特性：散热率应当越高越好;机械特性是指机械可靠性和长期可靠性。低成本：成本是必须要考虑的比较重要的因素之一。6，什么是芯片的关键尺寸？这种尺寸为何重要？自半导体制造业开始以来，芯片的关键尺寸是如何变化的？他对芯片上其他特征尺寸的影响是什么？答：芯片上器件的物理尺寸被称为特征尺寸；芯片上的最小的特征尺寸被称为关键尺寸，且被作为定义制造工艺水平的标准。为何重要：他代表了工艺上能加工的最小尺寸，决定了芯片上的其他特征尺寸，从而决定了芯片的面积和芯片的集成度，并对芯片的性能有决定性的影响，故被定义为制造工艺水平的标准。如何变化：芯片的关键尺寸不断缩小。影响：其他特征尺寸随关键尺寸按比例缩小，包括横向加工尺寸和纵向加工尺寸。7，列出当前封装中将芯片固定在基座上所采用的主要互连技术。答：导线压焊；载带自动压焊；倒装焊8，列出半导体工艺史上的几个主要工艺，并说明当前的主流工艺是什么，以及该工艺的主要优点。答：主要的半导体工艺：1960s，Bipolar (双极型) IC工艺；1970s，NMOS E/D (增强/耗尽型)工艺；1980s，CMOS 工艺；1990s，BiCMOS 工艺, 砷化镓工艺。主流工艺：CMOS工艺。主要优点：集成密度高而功耗低。9，试是说明芯片集成率的含义，且说明对特定的工艺而言影响芯片成品率的主要因素是什么及为什么。答：成品率：一个圆片上合格的芯片数占总芯片数的百分比。主要因素：面积。芯片成本= f（芯片面积 )即：面积是衡量芯片成本的基本指标。10，BiCMOS工艺的主要技术特点是什么？由此所带来的主要优点是什么？答：BiCMOS工艺是把双极器件和CMOS器件同时制作在同一芯片上。它综合了双极器件的高速度、高跨导、强负载驱动能力和CMOS器件的高集成度、低功耗和抗干扰能力强的优点，给高速度、高集成度、高性能的VLSI的发展开辟了一条新路。第二次作业：1，芯片制造的重要基础是什么？答：芯片的加工环境：是指集成电路（或微电子）产品在加工过程中所接触的除衬底材料、加工设备、能源及加工技术之外的一切物质，包括空气、水、化学试剂、加工所用的各种气体及人员等。衬底材料：集成电路和各种半导体器件制造中所用的基底材料。2，芯片加工环境指什么？半导体产业如何控制芯片制造过程中加工环境的沾污？答：芯片的加工环境：是指集成电路（或微电子）产品在加工过程中所接触的除衬底材料、加工设备、能源及加工技术之外的一切物质，包括空气、水、化学试剂、加工所用的各种气体及人员等。三道防线:净化环境（clean room）：包括空气的净化，人员的净化控制及工艺用水和化学品的净化。硅片清洗（wafer cleaning）：清楚硅片上的污染物（包括有机物和光刻胶）。吸杂（gettering）：把硅片中的重金属离子和碱金属离子从有源区引到不重要的区域。3，给出半导体制造中沾污及致命缺陷的定义。答：沾污 ：是指半导体制造过程中引入到半导体硅片上的任何危害芯片成品率及电学性能的不希望有的物质。致命缺陷：是指导致硅片上的芯片无法通过电学测试的缺陷。4，说明五类净化间的沾污。答：净化间沾污的主要类型：颗粒；金属杂质；有机物沾污；自然氧化层；静电释放(ESD)5，解释什么是静电释放，并给出在硅片制造中由ESD引起的三种问题及ESD的三中控制方法。答：ESD 是指静电荷从一个物体向另一个物体末经控制地转移。ESD的危害性：会使硅表面形成电荷积累，吸引带电颗粒或中性颗粒；瞬时高压（可能几万伏）；较大的瞬时峰值电流（1A）：栅氧化层击穿；互联线蒸发的诱因；随着器件尺寸的不断缩小，副作用是：对静电的灵敏度越来越高。控制方法：采用防静电的材料；ESD接地；中和材料上的电荷积累。6，名词解释：（1）1级净化间（2）10级0.3um（3）超细颗粒（4）U（x）答：（1）1级净化间：指每单位体积内可以接受的0.5um颗粒的颗粒数不超过1个；（2）10级0.3um：指每单位体积内可以接受的0.3um颗粒的颗粒数不超过30个；（3）超细颗粒：最新的净化空气标准把直径小于0.1um的颗粒一直到分立颗粒计数器能检测到的最小颗粒都规定为超细颗粒；（4）U（x）：用“U”描述符来表示，将洁净度定义为U(x)，其中x是每立方米空气中所允许的超细颗粒的最大数。7，举例说明用于微电子器件制造的主要衬底材料类型。答：微电子器件的衬底材料主要有三种：（元素）半导体（硅, 锗）；化合物半导体（砷化稼,磷化稼,磷化铟）；绝缘体（碳化硅,立方氮化硼,氮化稼,氮化铝,硒锌）。8，指出目前最为常用的半导体材料，并给出其被普遍使用的主要原因。答：硅：硅的丰裕度；更高的熔化温度允许更宽的工艺容限（1410）；更宽的工作温度范围和更高的可靠性；氧化硅的自然生成；氧化层的容易获得，和微电子工艺兼容。9，什么是掺杂？为什么掺杂对半导体制造很重要？说明掺杂硅的两种主要类型及他们之间的最主要区别。答：掺杂是指在半导体材料的特定区域中通过加入某些杂质元素从而改变该材料的电学特性的过程。IC的核心是制造半导体器件，而制造器件的核心和基础则是形成PN结。掺杂可以改变材料的导电类型和导电能力，是形成PN结的基础。两种类型：P型硅，N型硅；它们之间的最主要区别是掺杂的杂志不同，因为导电的载流子不同。前者掺杂的是三族杂质，导电载流子为空穴；后者掺杂的是五族杂质，导电载流子为电子。因此他们的导电类型也不同，前者材料带正电；后者材料带负电。10，化合物半导体的主要类型，各自的典型材料及主要应用领域。答：III-V族化合物：砷化镓(GaAs) 锗硅(SiGe)主要用于高速高频领域；II-VI族化合物：碲化镉(CdTe) 硒化锌(ZnSe)主要用于红外探测系统、制造蓝色发光二极管；11，砷化镓相对于硅的主要优缺点及其应用领域。答：主要用于高速高频领域；优点：（1）比硅更高的电子迁移率（应用于高频）；（2）有减小寄生电容和信号损耗的特性；（3）材料的电阻率更大，容易实现器件之间的隔离；（4）比硅更高的抗辐射性能；（5）切换速度快，更适合用于电脑等；（6）直接带隙材料，发光效率高；缺点：（1）缺乏天然氧化物；（2）材料的脆性；（3）砷的剧毒性需特别控制，提高了成本；（As2O3，砒霜）12，什么是杂质的补偿作用？发生杂质补偿的半导体材料的导电类型如何确定？答：在半导体材料中，当同时存在施主和受主杂质时，因为施主杂质和受主杂质的电性相反，它们之间会发生相互抵消；这种不同类型杂质对导电能力相互抵消的现象称为杂质的补偿作用。半导体材料的导电类型取决于材料中的净杂质浓度。即：当施主杂质浓度高于受主杂质浓度时，经补偿作用后还余若干电子，当它们电离后成为导电电子，此时材料呈现为n型半导体；反之，材料则呈现为p型半导体。补偿后的净杂质浓度称为有效杂质浓度，可为有效施主浓度或有效受主浓度。第三次作业：1，制造半导体器件的核心是什么？并说明半导体器件工艺的基本原理。答：制造器件的核心则是形成PN结；半导体工艺的基本原理:“掺杂”和“补偿”。掺杂是指在集成电路生产过程中要对半导体材料的特定区域加入一定浓度的特 定杂质来改变该部分材料的类型或杂质浓度从而制作各种器件的方法。在半导体材料中，当同时存在施主和受主杂质时，因为施主杂质和受主杂质的电性相反，它们之间会发生相互抵消；这种不同类型杂质对导电能力相互抵消的现象称为杂质的补偿作用。2，试给出CMOS IC芯片制造的4种基础工艺，并说明每种工艺的主要作用。答：薄膜制作 (thin film/layer)：形成不同材料构成的工艺层。光刻：是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上。刻蚀（etch）：是指在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久性的图形。掺杂(doping)：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等。3，列出硅片制造厂的6个主要生产区，简要说明各区的主要作用，并举例至少一种各区的典型设备。答：芯片制造厂可分成六个独立的生产区：扩散、光刻、刻蚀、薄膜生长、离子注入和抛光。扩散区：通常是进行高温工艺和薄膜淀积的区域，主要设备是高温扩散炉和湿法清洗设备。光刻区：涂胶/显影设备是指用来完成光刻的一系列 操作的工具组合，包括对硅片进行预处理、涂 胶、甩胶、烘干，以及最后将曝光后的硅片送 入显影设备进行显影。刻蚀区：等离子体刻蚀机是一种采用射频能量在真空腔中离化气体分子的设备，它产生一种称为等离子体的物质形态，与硅片顶层的物质发生化学反应，从而实现刻蚀。去胶机也是一种等离子体装置，它在刻蚀结束后，用离化的氧气去掉硅片表面的光刻胶。去胶之后必须在湿法清洗设备上用一种化学溶剂彻底清洗硅片。离子注入区：离子注入区中的离子注入机是亚微米工艺中最常见的掺杂工具，也是离子注入区中最主要的设备。薄膜区：主要用来负责各步骤中的介质层和金属层的淀积。取决于不同的淀积材料，该生产区中有很多不同的设备：化学气相淀积设备和金属溅射工具，以及还会有SOG(spin-on-glass)系统、快速退火装置(RTP)和湿法清洗设备等。抛光区：为了使硅片表面达到全面平坦化，CMP工艺通