2025年高職集成電路制造工藝(制造技術)下學期期末測試卷及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在硅片清洗工藝中，RCA1溶液的主要作用是A.去除金屬離子B.去除有機污染與顆粒C.去除自然氧化層D.去除重金屬污染答案：B解析：RCA1（NH?OH:H?O?:H?O=1:1:5）通過堿性氧化環(huán)境將有機污染物氧化為可溶性產物，同時利用NH?OH的絡合作用剝離顆粒。2.下列哪種摻雜方式可獲得最淺的結深（<20nm）A.預淀積+擴散B.離子注入+快速熱退火C.旋涂摻雜源+爐管推進D.固相擴散答案：B解析：離子注入可精確控制劑量與能量，快速熱退火（RTA）在秒級時間內激活雜質并抑制擴散，實現(xiàn)超淺結。3.在0.18μmCMOS工藝中，柵氧厚度一般控制在A.1.2nmB.3.2nmC.7.0nmD.15nm答案：B解析：按1nm對應約0.06μm設計規(guī)則經(jīng)驗，0.18μm節(jié)點需3.2nm柵氧以保證柵漏電流與驅動電流平衡。4.化學機械拋光（CMP）中，選擇比是指A.拋光墊硬度與研磨液硬度之比B.被拋光材料與阻擋層材料的去除速率比C.研磨液pH值與硅片表面ζ電位之比D.拋光頭壓力與研磨液流量之比答案：B解析：選擇比高意味著阻擋層幾乎不被去除，可停止于指定薄膜，保證圖形保真。5.在干法刻蝕中，出現(xiàn)“微溝槽”現(xiàn)象的根本原因是A.離子入射角分布過寬B.掩膜側壁再沉積不足C.局部電荷積累導致離子偏轉D.反應離子刻蝕滯后答案：C解析：高深寬比圖形底部電荷無法及時泄放，離子軌跡偏轉，側壁底部被過度轟擊形成微溝槽。6.下列薄膜中，最適合作為Cu互連擴散阻擋層的是A.TiB.TiNC.Ta/TaN雙層D.W答案：C解析：Ta提供良好粘附，TaN阻擋Cu擴散，雙層結構兼顧粘附與阻擋性能，90nm以下節(jié)點普遍采用。7.在ALD（原子層沉積）工藝中，自限制生長的本質是A.前驅體分壓飽和B.表面化學吸附位點飽和C.反應溫度窗口飽和D.泵抽速飽和答案：B解析：ALD一個周期內，前驅體只在表面活性位點發(fā)生化學吸附，一旦位點被占滿，反應自動停止。8.當晶圓進入高溫爐管時，常通入少量O?進行“預氧化”，其主要目的是A.降低表面態(tài)密度B.形成犧牲氧化層捕獲金屬雜質C.提高硅片機械強度D.減少后續(xù)氮化應力答案：B解析：薄犧牲氧化層可捕獲Fe、Cu等金屬雜質，后續(xù)腐蝕去掉，避免雜質擴散進入體內。9.在Cu雙大馬士革工藝中，電鍍Cu后通常進行A.600℃爐管退火B(yǎng).250℃熱板退火C.400℃RTAD.無需退火答案：B解析：電鍍Cu晶粒細小，250℃熱板退火30min可長大晶粒、降低電阻率，同時避免熱預算過高。10.下列缺陷中，屬于晶體原生顆粒（COP）的是A.位錯環(huán)B.氧化層錯C.八面體空位簇D.滑移線答案：C解析：COP為晶體生長過程中空位聚集形成的八面體空洞，尺寸50–150nm，影響柵氧完整性。二、多項選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.關于淺槽隔離（STI）工藝，正確的是A.采用高密度等離子體（HDP）淀積SiO?B.需先注入溝槽側壁B以抑制寄生溝道C.使用CMP去除場區(qū)氧化層并平坦化D.溝槽深度由設計規(guī)則決定，與場氧厚度無關E.常采用氮化硅作為拋光阻擋層答案：A、C、E解析：B項錯誤，STI側壁一般注入N型雜質以抑制寄生P溝道；D項深度與后續(xù)場氧厚度直接相關。12.離子注入后產生損傷，可通過下列手段恢復A.快速熱退火（RTA）B.毫秒級激光退火（LSA）C.低溫濕氧氧化D.氬氣保護下1050℃尖峰退火E.高劑量注入后不再退火答案：A、B、D解析：C項濕氧氧化會引入額外氧化層錯；E項不現(xiàn)實，注入損傷必須退火激活。13.下列屬于Cu互連可靠性測試項目的是A.電遷移（EM）B.應力遷移（SM）C.時間相關介電擊穿（TDDB）D.熱循環(huán)（TC）E.可焊性測試答案：A、B、C、D解析：可焊性針對封裝引腳，與Cu互連可靠性無直接關聯(lián)。14.關于高κ柵介質，正確的是A.HfO?介電常數(shù)約25B.需沉積TiN作為金屬柵功函數(shù)層C.高κ薄膜需經(jīng)PDA（沉積后退火）致密化D.高κ與Si界面需插入SiO?界面層E.高κ越厚越好，可降低漏電流答案：A、B、C、D解析：E項錯誤，高κ厚度受等效氧化層厚度（EOT）限制，過厚會犧牲驅動電流。15.在193nm浸沒式光刻中，提高分辨率的方法有A.增大投影透鏡NAB.降低照明相干因子σC.采用多重圖形技術（SADP/SAQP）D.使用相移掩膜（PSM）E.提高光刻膠對比度答案：A、C、D、E解析：B項降低σ會損失焦深，需權衡，不是直接提高分辨率的手段。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）16.硅片清洗中，HFlast工藝會降低表面粗糙度。答案：√解析：HFlast去除自然氧化層，表面形成H終端，原子級平坦。17.離子注入角度傾斜7°可完全消除溝道效應。答案：×解析：僅降低溝道效應，無法完全消除，需結合屏蔽氧化層與多重角度。18.ALD沉積速率與襯底溫度無關。答案：×解析：ALD有溫度窗口，超出窗口會導致前驅體分解或解吸，速率變化。19.Cu電鍍液中Cl?濃度過高會加速陽極腐蝕。答案：√解析：Cl?與Cu陽極形成CuCl，溶解加速，需添加聚乙二醇抑制。20.在STICMP中，氮化硅凹陷（dishing）會導致后續(xù)柵極多晶硅殘留。答案：√解析：氮化硅凹陷使場區(qū)氧化層過拋，后續(xù)多晶硅CMP無法有效停止，形成殘留。21.毫秒級激光退火可實現(xiàn)超淺結，但易引發(fā)瞬態(tài)增強擴散（TED）。答案：×解析：激光退火時間極短，抑制了TED，是超淺結關鍵工藝。22.低κ介質的κ值越低，機械強度越高。答案：×解析：引入孔隙降低κ值，機械強度下降，需權衡。23.金屬柵Al帽層可降低整體電阻率。答案：√解析：Al與TiN反應形成TiAl?，降低有效功函數(shù)并減小電阻。24.在Cu雙大馬士革中，TaN層厚度越薄越好。答案：×解析：過薄無法有效阻擋Cu擴散，需>3nm。25.電子束光刻無需掩膜，可直接書寫圖形，產能高于EUV。答案：×解析：電子束產能遠低于EUV，僅用于掩膜版制作或小批量。四、填空題（每空1分，共15分）26.在0.13μm節(jié)點，柵氧氮化工藝采用________與________混合氣體，在850℃下快速熱氮化，形成SiON，厚度2.1nm。答案：NH?、N?O解析：NH?提供氮源，N?O抑制氫致界面陷阱，形成梯度氮分布。27.離子注入劑量1×101?cm?2，能量30keV，投影射程R?=42nm，橫向離散ΔR?=14nm，則峰值濃度N?=________cm?3。答案：1.0×102?解析：N?=劑量/(ΔR?√2π)=1×101?/(14×10??×2.506)=2.8×102?，取一位有效數(shù)字得1×102?。28.Cu電鍍添加劑中，________起抑制陰極表面Cu2?還原作用，________加速微溝槽底部沉積。答案：聚乙二醇（PEG）、二巰基丙烷磺酸鈉（SPS）解析：PEG與Cl?協(xié)同形成吸附層抑制側壁，SPS在底部高電流密度區(qū)競爭吸附，實現(xiàn)自下而上填充。29.在STI溝槽填充HDPCVD工藝中，為減少側壁懸垂（overhang），需同步施加________偏壓，使Ar?濺射與淀積速率比值為________。答案：射頻（RF）、0.3解析：適度濺射削薄側壁懸垂，保證后續(xù)無縫填充。30.高κ金屬柵堆疊中，HfO?經(jīng)PDA后晶相由非晶轉變?yōu)開_______相，導致κ值升高至________。答案：四方（tetragonal）、30解析：四方相HfO?κ值高于單斜相，需950℃尖峰退火誘導。31.在Cu互連可靠性測試中，Black方程描述電壽命t??=________，其中n常取________。答案：A·J??·exp(Ea/kT)、2解析：J為電流密度，Ea為激活能，n=2為經(jīng)驗值。32.193nm浸沒式光刻中，水的折射率n=________，理論最大NA=________。答案：1.44、1.55解析：NA=n·sinθ，透鏡sinθ極限0.93，故NA≈1.44×0.93≈1.34，實際通過偏振照明可擴展至1.55。五、簡答題（每題6分，共30分）33.簡述Cu雙大馬士革工藝中“電化學拋光（ECP）”替代傳統(tǒng)CMP的優(yōu)勢與局限。答案：優(yōu)勢：1.無機械應力，消除凹陷與侵蝕；2.選擇比無限大，停止層可薄至1nm；3.產能高，單片處理時間<30s；4.耗材成本低，無需昂貴研磨墊與研磨液。局限：1.需導電表面，非Cu區(qū)域需額外工藝；2.電解液腐蝕性強，設備維護頻繁；3.均勻性受電場分布影響，需優(yōu)化電極設計；4.無法去除Ta/TaN阻擋層，仍需后續(xù)CMP。34.解釋“瞬態(tài)增強擴散（TED）”現(xiàn)象，并給出抑制TED的工程方案。答案：TED指離子注入產生大量間隙硅原子，與摻雜劑形成間隙雜質對，在低溫退火（<800℃）階段快速擴散，導致結深增加。抑制方案：1.超快速退火：毫秒級激光退火或尖峰RTA，縮短高溫時間；2.共注入C或F：捕獲間隙Si，減少與B/P配對；3.降低注入劑量/能量：減少損傷密度；4.預非晶化注入（PAI）：Ge或Si預非晶，減少溝道效應與間隙源；5.固相外延再結晶（SPER）：600℃低溫再結晶，減少間隙過飽和。35.給出低κ介質的三種制備路線，并比較其κ值、機械強度與集成兼容性。答案：路線A：旋涂有機硅玻璃（SOG），κ=2.2，彈性模量8GPa，兼容Cu雙大馬士革，但熱穩(wěn)定性<400℃。路線B：PECVD摻碳氧化硅（SiCOH），κ=2.7，模量15GPa，與現(xiàn)有PECVD設備兼容，需UV固化恢復強度。路線C：多孔SiCOH，κ=2.0，模量5GPa，需引入孔隙密封層防止Cu擴散，CMP易破裂，需超低壓力拋光。綜合：SOG適合Al互連后端，SiCOH為45–28nm主流，多孔SiCOH用于22nm以下，需加固化與密封工藝。36.描述“柵極先制（Gatefirst）”與“柵極后制（Gatelast）”金屬柵工藝差異，并指出各自挑戰(zhàn)。答案：Gatefirst：高κ與金屬柵在源漏激活前形成，需經(jīng)受>1000℃尖峰退火，導致金屬柵功函數(shù)漂移、界面層再氧化。挑戰(zhàn)：熱穩(wěn)定性、閾值電壓Vt調控窗口窄。Gatelast：犧牲多晶硅柵，源漏激活后去除，再填充金屬柵，避免高溫。挑戰(zhàn)：需額外CMP停止層，工藝復雜，對準精度高，成本高；金屬填充高深寬比溝槽困難。37.給出Cu互連中“應力遷移（SM）”失效的微觀機制與加速測試條件。答案：機制：Cu晶粒在熱應力梯度下發(fā)生空位擴散，沿晶界或界面聚集形成空洞，導致線電阻升高或開路。加速條件：1.溫度150–200℃（低于電遷移溫度）；2.無電流應力，僅熱儲；3.時間500–1000h；4.監(jiān)測試樣為Viachain結構，失效判據(jù)電阻上升>20%。六、計算題（每題10分，共20分）38.某Cu互連線為長100μm、寬50nm、厚100nm，通以電流密度J=2MA/cm2，測得電阻R=180Ω。已知Cu電阻率ρ=2.0μΩ·cm，求：(1)實際電阻率與標稱值的偏差百分比；(2)若電遷移激活能Ea=0.9eV，工作溫度85℃，求MTTF（MeanTimeToFailure）相對于125℃下的倍數(shù)。答案：(1)理論電阻R?=ρ·L/A=2×10??·100×10??/(50×10??·100×10??)=40Ω；偏差=(180–40)/40×100%=350%。解析：尺寸效應+界面散射導致電阻率升高。(2)Black方程指數(shù)因子exp[Ea/k(1/T?–1/T?)]，k=8.617×10??eV/K，T?=358K，T?=398K，倍數(shù)=exp[0.9/8.617×10??(1/358–1/398)]=exp(2.92)=18.5。解析：溫度降低40℃，壽命延長18.5倍。39.某STI溝槽深300nm，寬60nm，采用HDPCVD填充，淀積速率200nm/min，濺射速率60nm/min，假設側壁懸垂系數(shù)k=0.5，求：(1)完全無縫填充所需最小淀積厚度；(2)若后續(xù)CMP去除速率300nm/min，停止于氮化硅，氮化硅去除速率3nm/min，允許氮化硅損失≤5nm，求最大允許CMP時間。答案：(1)懸垂高度h=k·深度=0.5×300=150nm，需淀積厚度=300+150=450nm。(2)氮化硅損失5nm對應時間=5/3=1.67min；Cu過拋量=(450–300)/300=0.5min；總時間=1.67min。解析：以氮化硅損失為限制條件，CMP時間≤1.67min