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1、1、解释基本概念：集成电路，集成度，特征尺寸参考答案：A、集成电路（IC：integrated circuit ）是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连， “集成” 在一块半导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的集成块。B、集成度是指在每个芯片中包含的元器件的数目。C、特征尺寸是代表工艺光刻条件所能达到的最小栅长（L）尺寸。2、写出下列英文缩写的全称：IC ，MOS ，VLSI ，SOC，DRC ，ERC ， LVS，LPE 参考答案：IC： integrated circuit ； MOS：metal
2、 oxide semiconductor ；VLSI ：very large scale integration ；SOC：system on chip；DRC ： design rule check；ERC： electrical rule check ；LVS：layout versus schematic；LPE：layout parameter extraction 3、试述集成电路的几种主要分类方法参考答案：集成电路的分类方法大致有五种：器件结构类型、集成规模、 使用的基片材料、电路功能以及应用领域。根据器件的结构类型，通常将其分为双极集成电路、MOS 集成电路和Bi-MOS 集成电
3、路。按集成规模可分为：小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、特大规模集成电路和巨大规模集成电路。按基片结构形式，可分为单片集成电路和混合集成电路两大类。按电路的功能将其分为数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集成电路。按应用领域划分， 集成电路又可分为标准通用集成电路和专用集成电路。4、试述“自顶向下”集成电路设计步骤。参考答案：“自顶向下” 的设计步骤中， 设计者首先需要进行行为设计以确定芯片的功能；其次进行结构设计； 接着是把各子单元转换成逻辑图或电路图；最后将电路图转换成版图，并经各种验证后以标准版图数据格式输出。5、比较标准单元法和门阵列法的差异。参考答案：
4、标准单元方法设计与门阵列法基本的不同点有：(1) 在门阵列法中逻辑图是转换成门阵列所具有的单元或宏单元，而标准单元法则转换成标准单元库中所具有的标准单元。(2) 门阵列设计时首先要选定某一种门复杂度的基片，因而门阵列的布局和布线是在最大的门数目、最大的压焊块数目、布线通道的间距都确定的前提下进行的。标准单元法则不同，它的单元数、 压焊块数取决于具体设计的要求，而且布线通道的间距是可变的，当市线发生困难时，通道间距可以随时加大，因而布局和布线是在一种不太受约束的条件下进行的。(3) 门阵列设计时只需要定制部分掩膜版，而标准单元设计后需要定制所有的各层掩膜版。6、按规模划分，集成电路的发展已经历了
5、哪几代？参考答案：按规模，集成电路的发展已经经历了：SSI、MSI 、LSI 、VLSI 、ULSI 及 GSI。7、试述集成电路制造中，导体、半导体和绝缘体各起什么作用。参考答案：导体： （1）构成低值电阻； （2）构成电容元件的极板；（3）构成电感元件的绕线；（4）构成传输线（微带线和共面波导）的导体结构；（5）与轻掺杂半导体构成肖特基结接触；（6）与重掺杂半导体构成半导体器件的电极的欧姆接触；（7）构成元器件之间的互连； （8）构成与外界焊接用的焊盘。半导体：（1）制作衬底材料； （2）构成 MOS 管的源漏区，集成电路中的基本元件就是依据半导体的特性构成。绝缘体：（1）构成电容的介质；
6、 （2）构成 MOS（金属 -氧化物 -半导体）器件的栅绝缘层；（3）构成元件和互连线之间的横向隔离；（ 4）构成工艺层面之间的垂直向隔离；（ 5）构成防止表面机械损伤和化学污染的钝化层。8、试述半导体特性及其应用。参考答案：半导体的电导率在10-22 S cm-110-14 S cm-1之间，导电性能介于导体与绝缘体之间，半导体的特点是其电导率随外界条件的变化而急剧变化。温度变化、 光照， 掺入杂质等都能显著改变半导体的导电性能。半导体的广泛应用：热敏电阻（测温度和自动控制）；光敏电阻（自动控制）；晶体管；集成电路和超大规模集成电路等。9、列举两种典型的金属与半导体接触。参考答案：一种是整流
7、接触，即制成肖特基势垒二极管；另一种是非整流接触，即欧姆接触。10、解释欧姆型接触和肖特基型接触。参考答案：半导体表面制作了金属层后，根据金属的种类及半导体掺杂浓度的不同，可形成欧姆型接触或肖特基型接触。如果掺杂浓度比较低，金属和半导体结合面形成肖特基型接触。如果掺杂浓度足够高，金属和半导体结合面形成欧姆型接触。11、试比较p-n 结和肖特基结的主要异同点。参考答案：共同点：由载流子进行电流传导。不同点： p-n 结由少数载流子来进行电流传导；肖特基结的主要传导机制是半导体中多数载流子的热电子发射越过电势势垒而进入金属中。12、试述 PN 结的空间电荷区是如何形成的。参考答案：在 PN 结中，
8、由于N 区中有大量的自由电子，由P 区扩散到N 区的空穴将逐渐与N 区的自由电子复合。同样，由N 区扩散到P 区的自由电子也将逐渐与P 区内的空穴复合。于是在紧靠接触面两边形成了数值相等、符号相反的一层很薄的空间电荷区，称为耗尽层。13、MOS 器件结构的对称性使其源漏区可以互换，双极型器件是否也具有同样的特点？若没有，请说明原因。参考答案：双极型器件的集电极与发射极不具有对称性，不能互换。虽然双极型器件原理图显示两个 PN 结是对称的， 但实际制造时发射区的掺杂浓度远远高于集电区，而集电结的面积大于发射结的面积。14、什么是MOS 管的阈值电压。参考答案：引起沟道区产生强表面反型的最小栅电压
9、，称为阈值电压VT。15、讨论 MOS 器件源漏电流与其几何尺寸的关系。参考答案：根据本章给出的式（2.3）可知， MOS 器件的栅长L 减小，源漏电流增大；栅宽W 减小，源漏电流减小。但同时减小L 和 W，理论上可保持源漏电流不变。16、 MOS 管的跨导系数与哪些参数有关？参考答案：是 MOS 晶体管的跨导系数，与工艺参数及器件的几何尺寸有关，其关系为：)(LWtox17、试画出MOS 器件跨导与源漏电压的函数曲线。参考答案：VdsGmVgs-Vt18、根据式（ 2.3） ，试推导PMOS 器件在不同工作区域的理想表达式。参考答案：0 (a) 截止区Ids 22 ds dstgsVVVV（
10、 b）线性区22tgsVV（c）饱和区18、集成电路主要有哪些基本制造工艺。参考答案：集成电路基本制造工艺包括：外延生长，掩模制造，光刻，刻蚀，掺杂，绝缘层形成，金属层形成等。19、什么叫硅的热氧化？有哪几种热氧化技术？参考答案：硅的热氧化法是指硅与氧或水汽，在高温下经化学反应生成SiO2。根据氧化剂的不同，热氧化可分为干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化。20、试述晶体外延的意义，列出三种外延方法。参数答案：晶体外延的意义是：用同质材料形成具有不同掺杂种类及浓度，因而具有不同性质的晶体层。晶体外延的方法主要有：气相外延生长、金属有机物气相外延生长、分子束外延生长。21、解释：同质外延、异质外延。参考
11、答案：外延生长时，当衬底与外延层为同种材料时称为同质外延，同质外延的目的是形成具有不同掺杂种类及浓度的晶体层，因而它可以具有不同性能。当两者材料相异时称异质外延，异质外延用来形成各种异质结构的器件，如异质结晶体管（HBT ） 。22、掩模在IC 制造过程中有什么作用？参考答案：任何半导体器件及IC 都是一系列相联系的基本单元的组合，如导体、半导体及在基片不同层上形成的不同尺寸的隔离材料等。要制作出这些结构需要一套掩模。因此掩模是IC制造过程中必须要经过的一个重要环节。23、比较整版掩模和单片掩模的区别，并列举三种掩模的制造方法。参考答案：整版按统一的放大率印制，因此称为1X 掩模。这种掩模在一
12、次曝光中，对应着一个芯片阵列的所有电路的图形都被映射到基片的光刻胶上。单片版通常把实际电路放大5 或 10 倍，故称作5X 或 10X 掩模。这样的掩模上的图案仅对应着基片上芯片阵列中的一个单元。上面的图案可通过步进曝光机映射到整个基片上。掩模的制造方法：a、图案发生器法；b、x 射线制版； c、电子束描述法。24、光刻的作用是什么？列举两种常用曝光方式。参考答案：光刻是集成电路加工过程中的重要工序，作用是把掩模版上的图形转换成晶圆上的器件结构。曝光方式：接触式和非接触式25、简述光刻工艺步骤。参考答案：涂光刻胶，曝光，显影，腐蚀，去光刻胶。26、光刻胶正胶和负胶的区别是什么？参考答案：正性光
13、刻胶受光或紫外线照射后感光的部分发生光分解反应，可溶于显影液， 未感光的部分显影后仍然留在晶圆的表面，它一般适合做长条形状；负性光刻胶的未感光部分溶于显影液中， 而感光部分显影后仍然留在基片表面，它一般适合做窗口结构，如接触孔、 焊盘等。27、试述曝光时间对设计的图形的影响。参考答案：曝光时间对设计图形的影响主要是：若曝光时间较长，对于正性光刻胶则得到的图形实际尺寸比预先设计的可能要小；对于负性光刻胶情况正相反。28、掺杂的目的是什么？举出两种掺杂方法并比较其优缺点。参考答案：掺杂的目的是形成特定导电能力的材料区域，包括N 型或 P 型半导体区域和绝缘层，以构成各种器件结构。掺杂的方法有：热扩
14、散法掺杂和离子注入法掺杂。与热扩散法相比，离子注入法掺杂的优点是： 可精确控制杂质分布，掺杂纯度高、 均匀性好， 容易实现化合物半导体的掺杂等；缺点是： 杂质离子对半导体晶格有损伤，这些损伤在某些场合完全消除是无法实现的；很浅的和很深的注入分布都难以得到；对高剂量的注入，离子注入的产率要受到限制；一般离子注入的设备相当昂贵，29、 IC 制造中常采用什么方法形成金属层？它的作用是什么？参考答案：金属层的形成主要采用物理汽相沉积(Pysical Vapor Deposition ，简称 PVD) 技术。在半导体工艺发展过程中，主要的PVD 技术有蒸镀和溅镀两种。金属层的作用有： （1）形成器件本
15、身的接触线；（2）形成器件间的互连线； （ 3）形成焊盘。30、列举两种集成电路制造中的器件隔离结构，并比较其优缺点。参考答案：两种最常用的隔离结构：局部氧化隔离法隔离(LOCOS) 和浅沟槽隔离 (STI)。局部氧化隔离法会产生“鸟嘴” 效应，影响器件的性能； 浅沟槽隔离法能有效地减小“鸟嘴”效应。31、试述“鸟嘴”效应是如何产生的？它对MOS 器件有什么影响？参考答案：通常， IC 器件之间通过氧化去来隔离的，在局部氧化隔离工艺中，由于氧化过程中的渗透作用，造成了氧化区具有“鸟嘴形”。这种形状造成了有源区的变化，器件的宽度不再是版图上所画的。这就是所谓的“鸟嘴”效应。当器件尺寸缩小后，它将
16、影响MOS 器件的开启电压。32、简述 CMOS 工艺的基本工艺流程（以1 poly，2 metal N 阱为例）。参考答案：形成 N 阱区，确定nMOS 和 pMOS 有源区，场和栅氧化，形成多晶硅并刻蚀成图案，P扩散， N扩散，刻蚀接触孔，沉淀第一金属层并刻蚀成图案，沉淀第二金属层并刻蚀成图案，形成钝化玻璃并刻蚀焊盘。33、上题所述N 阱 CMOS 工艺需要哪几层掩模？每层掩模分别有什么作用？参考答案：需要十层掩模，每层掩模及其作用如下：Mask1：形成 n 阱区Mask2：确定 NMOS 和 PMOS 有源区Mask3：场和栅氧化Mask4：形成多晶硅并刻蚀成图案Mask5：P扩散Mask6：N扩散Mask7：刻蚀接触孔Mask8：沉积第一层金属并刻蚀成图案Mask9：沉积第二金属并刻蚀成图案Mask10：形成钝化层并刻蚀焊盘34、 为什么在相同工艺条件和相同几何尺寸下NMOS 管速度要高于PMOS 管？如果相同栅长的 N 管和 P 管要达到相同的速度，理论上N 管和 P 管要满足什么条件？参考答案：因为 NMOS 管的导电沟道是由带负电的电子累积而成，而
