14111平时作业参考答案

14091平时作业参考答案

第一次作业

1、什么是摩尔定律？摩尔定律对集成电路的发展有和意义？ 2、为什么绝大多数的集成电路都采用了Si半导体？

答：目前，95%以上的集成电路都采用了Si半导体，其原因是：①Si元素占地壳重量的20%-25%，制备Si单晶的石英岩（主要成分是SiO）分布广,开采成本低；②Si单晶的直径在所有半导体晶体最大，目前已达16英吋（400mm）,且按照摩尔定律每3年增加1英吋，这大大降低了芯片的成本；③Si的氧化物SiO2性能稳定，在集成电路制造工艺中有各种用途，例如，掩蔽膜、钝化膜、介质隔离、绝缘介质（多层布线）、绝缘栅、MOS电容的介质材料等；④Si半导体材料的另一形态多晶硅（ Poly-Si）在集成电路工艺中也有许多用途，例如，栅极（可实现源漏自对准工艺）、杂质扩散源、局部互连线（比铝布线灵活）等；

3、写出2012年全球10大著名的Foundry（代工）企业的排名、相关业务及营业额等。

答：IC Inghts 2010年全球前十大晶圆代工排名出炉，台积电继续稳居第一，联电依然排行第二，合并特许半导体后的全球晶圆（Globalfoundries）挤入第三，但营收与联电才差4亿多美元，三星屈居第十。

IC Insights指出，三星多年以来一直希望成为晶圆代工领域的重要企业，虽然去年获得了苹果、高通和赛灵思等重要客户，仍仅位居全球第十大晶圆代工厂。但三星今年有新的晶圆厂计划，近期还传出三星将跨入模拟晶圆代工，未来三星排名仍有机会攀升。

Top1 台积电，收入133.07亿美元，同比增长48%

台湾集成电路制造股份有限公司 (LSE：TMSD)，简称台积电或台积，英文简写“TSMC”，为世界上最大的独立半导体晶圆代工企业，与联华电子并称“晶圆双雄”。本部以及主要营业皆设于台湾新竹市新竹科学工业园区。台积公司目前总产能已达全年430万片晶圆，其营收约占全球晶圆代工市场的百分之六十。 Top2 台联电，收入 39.65亿美元，同比增长41%

UMC---联华电子公司，简称台联电。是世界著名的半导体承包制造商。该公司利用先进的工艺技术专为主要的半导体应用方案生产各种集成电路（IC）。联华电子拥有先进的承包生产技术，可以支持先进的片上系统（SOC）设计，其中包括 0.13 微米 (micron)铜互连、嵌入式 DRAM、以及混合信号/RFCMOS。 Top3 Globalfoundries，收入35.1亿美元，同比增长219%

GlobalFoundries是从美国AMD公司分拆出的半导体晶圆代工公司，成立于2009年3月2日，母公司分别为AMD及阿布达比的Advanced Technology Investment Company（ATIC），其中ATIC占公司股权65.8%，两公司均享有均等投票权。2010年1月13日，GlobalFoundries收购了新加坡特许半导体。公司除会生产AMD产品外，也会为其它公司（如ARM、Broadcom、NVIDIA、高通公司、意法半导体、德州仪器等）担当晶圆代工。现时投产中的晶圆厂为德国德累斯顿的一厂（Fab 1，即原AMD的Fab 36和Fab 38），而位于美国纽约州的二厂于2009年7月24日动工，预计于2012年投产。 Top4 中芯国际，收入15.55亿美元，同比增长45%

成立于2000年，总部位于中国上海，是世界领先的集成电路芯片代工企业之一，也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业。主要业务是根据客户本身或第三者的集成电路设计为客户制造集成电路芯片。公司的创立

者为曾在台湾积体电路制造公司工作过的张汝京 。 目前公司的绝大多数高管为台湾籍。

Top5 TowerJazz，收入5.10亿美元，同比增长70%

Tower公司是独立代工服务商，为其他半导体公司提供IC设计、生产及其他服务。公司1993年从NS收购了以色列MigdalHaemek附近的工厂，开始从事代工服务。为了扩充在专业晶圆代工领域的能力，以色列Tower Semiconductor宣布收购美国同业Jazz Technologies。根据双方协议，Tower将收购全数Jazz的已发行股票，总价约4,000万美元。此次交易的总金额(包括债务)，约为1.69亿美元。Tower和Jazz宣称双方可在技术上实现互补；两家公司将把Tower的CMOS影像传感器、非挥发性内存、射频CMOS等技术，与Jazz的混合讯号电路、电源管理和射频等技术相结合。Tower亦将因此扩充其晶圆厂产能规模，该公司的厂房位于以色列，Jazz则在美国加州Newport Beach拥有一座晶圆厂，并与多家中国晶圆代工业者拥有产能合作协议。两家公司结合之后，将拥有每年生产75万片8吋晶圆的总产能。

Top6 Vanguard，收入5.08亿美元，同比增长33%

世界先进集成电路股份有限公司（简称「世界先进」）Vanguard在新竹科学园区成立于1994年，是亚微米计划台湾地区工业研究院赞助的一项芯片项目的副产品。最初Vanguard的投资人包括TSMC和其他13家公司。 Vanguard成立之初的主要重心在DRAM的生产和研发。在2000年，公司宣布其从DRAM制造商向代工服务提供商转移的计划。他提供8英寸工厂中的专业工艺，包括：0.18um逻辑、混合信号、模拟、高电压、嵌入式存储器和其他工艺。世界先进目前拥有两座八吋晶圆厂，平均每月约产出110,000片晶圆。 Top7 Dongbu，收入4.95亿美元，同比增长25%

韩国最大的纯晶圆代工厂Dongbu Electronics。 Top8 IBM，收入4.30亿美元，同比增长28%

Top9 MagnaChip，收入4.20亿美元，同比增长 60%

总部位于韩国的MagnaChip半导体(MagnaChip Semiconductor)公司，它作为设计并制造模拟及混合信号半导体产品的领先企业，基于累积30年的技术和约7,000个IP投资组合，以及工程和制造的专业技术， 已拥有各种模拟及混合信号半导体技术。 MagnaChip生产平板电视、电脑及手机所使用的半导体。该公司此前曾于2007年申请公开上市，并希望筹资至多5.75亿美元。但由于经济危机的爆发，该公司被迫于2009年1月取消了这一计划，并于同年6月申请破产保护。2009年11月，该公司走出了破产保护。随着消费电子产品需求的恢复，MagnaChip正重新试图公开上市。该公司计划在中国等“高增长”的市场进行拓展。2004年10月，MagnaChip被私人股权公司Citigroup Venture Capital、Francisco Partners与CVC Asia Pacific从海力士半导体公司(Hynix Semiconductor)手中收购，自那以后，该公司一直未能实现年度盈利。在破产重组期间，MagnaChip的所有权发生变化，Avenue Capital目前拥有其大约70%的股份。2010财年第一季，MagnaChip净盈利3110万美元，营收1.80亿美元。 Top10 三星，收入4亿美元，同比增长38%。

在此之后则是SSMC（新加坡，Systems on Silicon Manufacturing Company）, X-Fab（欧洲德国，X-FAB Semiconductor Foundries AG）,华虹NEC(中国上海，收入2.95 亿美元，同比增长23%)，TI（美国德州仪器），和Grace (宏力，中国上海，收入2.60亿美元，同比增长44%)。

第二次作业

4. 证明硅热氧化时，生成厚度为zox的二氧化硅膜，约需消耗0.45zox厚的硅层3

（二氧化硅的密度为2.24g/cm3；硅的密度为2.33g/cm）。

5. 某npn硅晶体管在1200℃下进行基区氧化，氧化过程为：15min干氧加45min湿氧（TH2O=95 ℃）再加15min干氧，试求所生成的氧化层厚度。

解：1）第一次是干氧氧化，T=1200℃,查表得A1?0.04??m?，

B1?7.5?10?4?m2min?1，?1?1.62?min?。根据氧化公式，

?A1?t1??1?x1?1?2?1???2?A1/4B1?

??则第一次干氧氧化层厚度为，x1?93.4?nm?；

2）第二次是湿氧氧化，T=1200℃，查表得A2?0.05??m?，

B2?1.2?10?2?m2min?1。

??根据氧化公式，第一次干氧氧化所对应的时间常数为

x12?A2x1?2??1.12?min?B2

故，第二次湿氧氧化后氧化层的厚度为

Ax2?22??t??2?1?2?1?2??A2/4B2??，x2?719.3?nm?；

?42?1????。B?7.5?10?mminA?0.04?m113）第三次又是干氧氧化，T=1200℃，，

同理，第二次氧化后的氧化层厚度所对应的时间常数为

2x2?A1x2?3??728.22?min?B1，

故，根据氧化公式，第三次干氧氧化后氧化层的厚度为

x3??t??3A1??1?3??12??x?726.87?nm?2?A1/4B1?，3。

答：最终的氧化层厚度为726.87nm（0.727μm）。

第三次作业

6.现有若干硅片，分别用干氧、湿氧（TH2O=95℃）和水汽进行氧化，氧化温度为1200 ℃。如果它们所要求的氧化层厚度是50nm，试求

它们各自需要的氧化时间（精确到分）。

??A?t?t?答：根据x0?1??1?，可得

A?2?4B??22??2ZA???OXt+t=( Zox+ A ·Zox)/ B，或t?t??1??1?。 ??4B?A?????①干氧，T=1200℃，A=0.04(μm)，B=7.5×10-4(μm2·min-1)，t*=1.62

根据上述公式，可得t1+t*=6min，故， 干氧氧化时间t1=6-1.62=4.38min。

②湿氧，T=1200℃，TH2O=95℃，A=0.05(μm)，B=1.2×10-2(μm2·min-1)，t*=0

*

根据上述公式，可得t2+t=0.42min，故 湿氧氧化时间t2=0.42-0=0.42min。

③水汽，T=1200℃，A=0.017(μm)，B=1.457×10-2(μm2·min-1)，t*=0 根据上述公式，可得t3+t*=0.23min，故、

水汽氧化时间t3=0.23-0=0.23min。

7.某一硅片上面已覆盖有0.2μm厚的二氧化硅，现需要在1200 ℃下用干氧再生长0.1μm厚的氧化层，问干氧氧化的时间需要多少？ 解：查表，可得A=0.04μm，B=7.5×10-4。

*

2

xi2?Axi 根据公式??，可得初始氧化层xi=0.2μm所对应的时间常数为

Bxi2?Axi??=（0.22+0.04x0.2）/7.5×10-4=64min(分钟)

B氧化层的总厚度为x0=0.2+0.1=0.3μm，故根据氧化公式，

?x0??A?t???1?2?， ?1??2?A/4B?可得干氧氧化时间t为

?2?2xA2???0?t??1??1???=136-64=72min（分钟） ??4B????A?答：干氧氧化的时间需要72分钟。

第四次作业

8、在实际工艺中，扩散为什么要采取两步工艺法？两步扩散工艺的最终浓度是哪知分布？

答：根据扩散杂质的浓度分布，若采用一步扩散，其表面浓度NS始终是其在Si中的固溶度，不能改变。若采用两步扩散工艺，则其表面浓度可在第二步的再分布扩散中进行调整，从而达到设计的要求。

两步扩散工艺的最终浓度分布要根据两步扩散工艺的具体情况而定，若第二步再分布工艺的扩散时间远大于第一步预淀积扩散，即D1t1 << D2t2，则最终浓度由再分布起决定作用，是高斯分布，；若第二步再分布工艺的扩散时间远小

于第一步预淀积扩散，即D2t2 << D1t1，则最终浓度由预淀积起决定作用，是余误差分布。

9、什么是氧化增强扩散？为什么As的氧化增强扩散比B、P小？为什么Sb的氧化扩散不是增强，反而减弱了？

答：在进行氧化气氛下的扩散工艺时， P、B掺杂剂的扩散速率比没有氧化气氛时明显增大，这就是氧化增强扩散效应。P和B的氧化增强机理是替位-间隙交替的双扩散机理，即Si-SiO2界面产生的大量间隙Si与替位B、P相互作用，使原来替位机理的B、P变为间隙B、P，B、P的间隙扩散作用更强；B、P在近邻晶格有空位时以替位方式扩散，无空位时以间隙方式扩散；因此，其扩散速度比单纯替位方式快。

As的氧化扩散增强效应低于B、P，这是因为As的替位扩散与间隙扩散的作用相当，故无论是否有氧化气氛，其扩散速率不受影响。

Sb的氧化扩散是减弱的，这是因为Sb的扩散无论有无氧化气氛，其扩散机理都是替位扩散为主，而氧化气氛下生成的间隙Si与空位复合，减小了空位浓度，从而降低了以替位扩散为主的Sb的扩散速率，出现了氧化减弱的效应。

? 第五次作业

10、简述离子注入的LSS模型。

答：LSS模型认为，离子注入的机理是注入离子与晶格原子的原子核及核外电子发生碰撞，从而引起注入离子的能量损失及散射，直至能量为零，注入离子停下。

1）注入离子的核阻挡：注入离子与晶格原子的原子核发生弹性碰撞，由于核的质量较大（离子与靶原子质量同数量级），因而造成了注入离子的大角度散射，并将其能量传递给晶格原子，使晶格原子脱离其晶格点阵的位置，形成空位，自身成为间隙原子，并进一步与下一层的晶格原子发生级联碰撞，形成更多的间隙原子和空位，从而引起更多、更深的晶格损伤。

2）注入离子的电子阻挡：注入离子与晶格原子的自由电子及核外电子（束缚电子）发生碰撞，由于电子的质量太轻，注入离子的能量损失很少，晶格损伤可以忽略，且散射角度也很小，注入离子路径基本不变。

11、离子注入与再分布扩散的浓度分布有什么相同之处及不同之处？ 答：相同之处：1）都是高斯分布（高斯函数）；2）都存在横向分布效应；3）都可控制表面浓度和结深。

不同之处：1）峰值浓度位置不同，再分布在Si表面处，而离子注入在Si体内；2)横向效应大小不同：再分布大，离子注入小；3）再分布的峰值浓度（表面浓度）受其在Si中的固溶度限制，而离子注入不受固溶度限制；4）再分布的表面浓度与结深不能独立控制，而离子注入对峰值浓度和结深（或平均投影射程RP）可独立控制。

12、什么是沟道效应？消除沟道效应的主要方法有哪些？

答：对Si单晶而言，由于其各向异性的特性，当注入离子对准一个主要的晶向并被导向在各排晶体原子之间形成的“沟道”时，注入离子仅发生电子碰撞，不会发生核碰撞。发生沟道效应时，其注入损伤很小，注入的射程很远，但注入射程不可控，难于获得可重复的浓度分布，使用价值小，因而实际工艺时应避免沟道效应。

消除沟道效应的途径有：1）①注入方向偏离晶体的主轴方向，典型值为0

7；②淀积非晶表面层（SiO2)；③在表面制造损伤层。

第六次作业

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