硅工藝第2章氧化習(xí)題參考答案ppt課件

1、第二章第二章 氧化習(xí)題參考答案氧化習(xí)題參考答案主要公式主要公式kTEDDSiOexp02(2.5) E E為雜質(zhì)在為雜質(zhì)在 SiO2 SiO2 中的擴(kuò)散中的擴(kuò)散激活能；激活能；D0D0為表觀擴(kuò)散系數(shù)。為表觀擴(kuò)散系數(shù)。tDxSiO26 . 4min(2.8) xmin對(duì)應(yīng)用作掩蔽的對(duì)應(yīng)用作掩蔽的 SiO2 層的最小厚度；層的最小厚度； t為雜質(zhì)在硅為雜質(zhì)在硅中達(dá)到擴(kuò)散深度所需時(shí)間中達(dá)到擴(kuò)散深度所需時(shí)間.x = 0.44 x0氧化層厚度氧化層厚度 x0 與消耗掉與消耗掉的硅厚度的硅厚度 x 的關(guān)系的關(guān)系(2.11a)x02 + Ax0 = Bt + ）(2.28)SiO2的生長(zhǎng)厚度與時(shí)間的關(guān)的生長(zhǎng)

2、厚度與時(shí)間的關(guān)系式系式)/1/1 (22hkDAsSiO1*22NCDBSiOBAxxii2(2.29)(2.30)(2.31)14/1220BAtAx(2.32)線性氧化規(guī)律線性氧化規(guī)律)(0tABx(2.33)1*NChkhkABss(2.34)拋物型氧化規(guī)律拋物型氧化規(guī)律x02 = B (t + )(2.35)習(xí)題參考答案習(xí)題參考答案1.計(jì)算在計(jì)算在120分鐘內(nèi)，分鐘內(nèi)，920水汽氧化過程中生長(zhǎng)的水汽氧化過程中生長(zhǎng)的二氧化硅層的厚度。假定硅片在初始狀態(tài)時(shí)已有二氧化硅層的厚度。假定硅片在初始狀態(tài)時(shí)已有1000的氧化層，參數(shù)從下表中查找。的氧化層，參數(shù)從下表中查找。硅的氧化系數(shù)硅的氧化系數(shù)按

3、照表中數(shù)據(jù)，在按照表中數(shù)據(jù)，在920 下，下，A=0.5um，B=0.203um2/h，將值代入式，將值代入式2.31得得hhmmmmmBAxxii295. 0/203. 01 . 05 . 01 . 01 . 022由式由式2.32得得mBAtAx48. 014/12202. 在某個(gè)雙極工藝中，為了隔離晶體管，需要生長(zhǎng)在某個(gè)雙極工藝中，為了隔離晶體管，需要生長(zhǎng)1m厚度厚度的場(chǎng)氧化層。由于考慮到雜質(zhì)擴(kuò)散和堆垛層錯(cuò)的形成，的場(chǎng)氧化層。由于考慮到雜質(zhì)擴(kuò)散和堆垛層錯(cuò)的形成，氧化必須在氧化必須在1050下進(jìn)行。如果工藝是在一個(gè)大氣壓下下進(jìn)行。如果工藝是在一個(gè)大氣壓下的濕氧氣氛中進(jìn)行，計(jì)算所需的氧化時(shí)間

4、。假定拋物型的濕氧氣氛中進(jìn)行，計(jì)算所需的氧化時(shí)間。假定拋物型氧化速率系數(shù)與氧化氣壓成正比，分別計(jì)算在氧化速率系數(shù)與氧化氣壓成正比，分別計(jì)算在5個(gè)和個(gè)和20個(gè)個(gè)大氣壓下，氧化所需的時(shí)間。大氣壓下，氧化所需的時(shí)間。 拋物速率常數(shù)表示為)/exp(11kTECB)/exp(/22kTECAB線性速率常數(shù)表示為線性速率常數(shù)表示為表中列出了表中列出了111硅在總壓強(qiáng)為硅在總壓強(qiáng)為1大氣壓下氧化動(dòng)力學(xué)的速大氣壓下氧化動(dòng)力學(xué)的速率常數(shù)的參量，對(duì)于率常數(shù)的參量，對(duì)于100硅，相應(yīng)值中所有硅，相應(yīng)值中所有C2值除以值除以1.68一個(gè)大氣壓，一個(gè)大氣壓，T=（1050+273K，k=1.38*10-23, kT=

5、0.114eV)/(4223. 0)114. 0/71. 0exp(1014. 222hmB)/(3872. 1)114. 0/05. 2exp(1095. 8/7hmAB因因 x02 + Ax0 = Bt + ）)(0889.33872.114223.01/ 020hABxBxt故ggpABpB,)(6187. 05/ )5(httatm)(1544. 020/ )20(httatm3. 局部氧化是一種廣泛用來提供局部氧化是一種廣泛用來提供IC芯片中器件之間橫向隔離芯片中器件之間橫向隔離的工藝。在某些情況下，希望得到隔離具有比標(biāo)準(zhǔn)的工藝。在某些情況下，希望得到隔離具有比標(biāo)準(zhǔn)LOCOS提供的更

6、為平坦的表面，所以在氧化工序前使用提供的更為平坦的表面，所以在氧化工序前使用了硅刻蝕工藝，如下圖。對(duì)左邊所示的結(jié)構(gòu)，在氧化前刻了硅刻蝕工藝，如下圖。對(duì)左邊所示的結(jié)構(gòu)，在氧化前刻去去0.5um厚的硅，在厚的硅，在1000H2O氣氛中硅片必須氧化多長(zhǎng)氣氛中硅片必須氧化多長(zhǎng)時(shí)間以便提供右圖所示的等平面氧化硅？時(shí)間以便提供右圖所示的等平面氧化硅？0.5umSi3N4SiO2(100)Si LOCOS 氧化層氧化層Si3N4SiO2(100)Si n在熱氧化期間生長(zhǎng)在熱氧化期間生長(zhǎng)1um的的SiO2消耗消耗0.44um的硅。因而，填的硅。因而，填滿刻蝕槽中的生長(zhǎng)氧化硅將消耗一額外厚度的硅，我們需滿刻蝕槽

7、中的生長(zhǎng)氧化硅將消耗一額外厚度的硅，我們需要生長(zhǎng)要生長(zhǎng)SiO2的總厚度由下式給出：的總厚度由下式給出：Si3N4SiO2(100)Si 0.5umymyyy39. 05 . 044. 0n所以，我們需要生長(zhǎng)總厚度為所以，我們需要生長(zhǎng)總厚度為0.89um的的SiO2。在。在1000 H2O氣氛中，氣氛中， kT=0.1098eV，有：，有：12232. 0)78. 0exp(1086. 3hmkTeVB1876. 0)05. 2exp(68. 11063. 1mhkTeVABhABxBxt65. 376. 089. 032. 0)89. 0(/20204. 將一硅片氧化將一硅片氧化x0=200n

8、m），然后使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻和刻），然后使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻和刻蝕工藝技術(shù)去掉中心部位的蝕工藝技術(shù)去掉中心部位的SiO2，接著使用，接著使用N+摻雜工序摻雜工序形成如下圖所示的結(jié)構(gòu)。下一步將此結(jié)構(gòu)放在氧化爐中形成如下圖所示的結(jié)構(gòu)。下一步將此結(jié)構(gòu)放在氧化爐中在在900下下H2O中氧化。氧化硅在中氧化。氧化硅在N+區(qū)上生長(zhǎng)要比在輕區(qū)上生長(zhǎng)要比在輕摻雜的襯底中快得多。假設(shè)摻雜的襯底中快得多。假設(shè)B/A在在N+區(qū)增加到區(qū)增加到4X。在。在N+區(qū)上生長(zhǎng)著的氧化硅厚度會(huì)不會(huì)趕上其他氧化硅厚度呢？區(qū)上生長(zhǎng)著的氧化硅厚度會(huì)不會(huì)趕上其他氧化硅厚度呢？如果會(huì)，何時(shí)趕上，趕上時(shí)的厚度是多少？請(qǐng)使用如果會(huì)，何時(shí)趕上，趕上時(shí)的厚

9、度是多少？請(qǐng)使用D-G氧化動(dòng)力學(xué)模型。氧化動(dòng)力學(xué)模型。PN+ 0.2umT=（900+273K，k=1.38*10-23, kT=0.1012eV)/(1735.0)1012.0/78.0exp(1086.322hmB在非在非N+區(qū)區(qū)在在N+區(qū)區(qū))/(2598.0)1012.0/05.2exp(1063.1/8hmAB)/(0394.1/*4)/(hmABABNhhBAxxii10004. 12598. 02 . 01735. 02 . 02 . 02mA6678.0mAN1669.0)(PN+ 0.2um原襯底面原襯底面？x1x22 . 0)2 . 0(56. 056. 012xx根據(jù)上圖有

10、根據(jù)上圖有16426. 0113339. 014/1221tBAtAx10401. 010835. 01)4/(12)(22tBAtAxNNABxBxt/02004. 117. 0126. 017. 0222121xxxx157. 012 xxht7182.12umx4059. 12umx2489. 115. 在硅片中刻蝕出在硅片中刻蝕出1um寬的槽，槽的側(cè)面都是寬的槽，槽的側(cè)面都是110平面。平面。進(jìn)行斜角注入，對(duì)側(cè)墻摻雜進(jìn)行斜角注入，對(duì)側(cè)墻摻雜N+，所以線性速率增加到，所以線性速率增加到4倍。倍。然后將結(jié)構(gòu)在然后將結(jié)構(gòu)在1100下的水汽中氧化。在氧化過程中什么下的水汽中氧化。在氧化過程中什

11、么時(shí) 候 槽 被時(shí) 候 槽 被 S i O 2 填 滿 ？ 假 設(shè) 氧 化 系 數(shù) 比 近 似 為填 滿 ？ 假 設(shè) 氧 化 系 數(shù) 比 近 似 為(111:110:100)=(1.68:1.2:1.0).1um（110側(cè)墻側(cè)墻（100襯底襯底N+T=（1100+273K，k=1.38*10-23, kT=0.1184eV)/(5315.0)1184.0/78.0exp(1086.322hmB在非在非N+區(qū)區(qū)(111)在在N+區(qū)區(qū)(110)/(5205.3/*68.12 .1/)111()110(hmABAB)/(082.14/*4)/()110(hmABABN在非在非N+區(qū)區(qū)(110)/(9

12、287.4)1184.0/05.2exp(1063.1/8hmAB 1um（110側(cè)墻側(cè)墻（100襯底襯底N+x2x1ABxBxt/0201453. 05 . 353. 0222121xxxx156. 056. 012xxht6621. 1umx9198. 02umx8659. 016. 簡(jiǎn)述常規(guī)熱氧化法制備二氧化硅介質(zhì)薄膜的動(dòng)力學(xué)過程。簡(jiǎn)述常規(guī)熱氧化法制備二氧化硅介質(zhì)薄膜的動(dòng)力學(xué)過程。答：硅片在含有氧化劑的高溫?zé)嵫趸^程中，氧化劑穿透初答：硅片在含有氧化劑的高溫?zé)嵫趸^程中，氧化劑穿透初始氧化層向二氧化硅始氧化層向二氧化硅-硅的界面運(yùn)動(dòng)并與硅發(fā)生反應(yīng)，其硅的界面運(yùn)動(dòng)并與硅發(fā)生反應(yīng)，其介質(zhì)薄膜

13、生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)過程如下：介質(zhì)薄膜生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)過程如下：1) 氧化劑擴(kuò)散穿過附面層達(dá)到氧化劑擴(kuò)散穿過附面層達(dá)到SiO2 外表，流密度為外表，流密度為F1 。2) 氧化劑擴(kuò)散穿過氧化劑擴(kuò)散穿過SiO2 層達(dá)到層達(dá)到SiO2-Si界面，流密度為界面，流密度為F2 。3) 氧化劑在氧化劑在Si 表面與表面與Si 反應(yīng)生成反應(yīng)生成SiO2 ，流密度為，流密度為F3 。4) 反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。7. 二氧化硅介質(zhì)薄膜對(duì)三價(jià)和五價(jià)化學(xué)元素絕對(duì)具有二氧化硅介質(zhì)薄膜對(duì)三價(jià)和五價(jià)化學(xué)元素絕對(duì)具有 “阻擋阻擋作用的說法是否正確？為什么？作用的說法是否正確？為什么？ 答：客觀上，給人們的印象是氧

14、化硅介質(zhì)膜可阻擋三、答：客觀上，給人們的印象是氧化硅介質(zhì)膜可阻擋三、五價(jià)化學(xué)元素等雜質(zhì)。準(zhǔn)確地講，并不是這些雜質(zhì)進(jìn)不來，五價(jià)化學(xué)元素等雜質(zhì)。準(zhǔn)確地講，并不是這些雜質(zhì)進(jìn)不來，而是在一定溫度條件下和一定時(shí)間條件內(nèi)，進(jìn)來的雜質(zhì)遷而是在一定溫度條件下和一定時(shí)間條件內(nèi)，進(jìn)來的雜質(zhì)遷移速度由于處在網(wǎng)絡(luò)形成的狀態(tài)下，十分緩慢或幾乎停頓移速度由于處在網(wǎng)絡(luò)形成的狀態(tài)下，十分緩慢或幾乎停頓下來。下來。 因雜質(zhì)在因雜質(zhì)在SiO2中的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)小于在硅中的擴(kuò)散速中的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)小于在硅中的擴(kuò)散速度，那么，在一定厚度的度，那么，在一定厚度的SiO2膜的保護(hù)下就能對(duì)雜質(zhì)起到膜的保護(hù)下就能對(duì)雜質(zhì)起到掩蔽作用，該掩蔽作用是相對(duì)

15、的、有條件的。這也是硅晶掩蔽作用，該掩蔽作用是相對(duì)的、有條件的。這也是硅晶體管和硅集成電路得以實(shí)現(xiàn)選擇擴(kuò)散的重要因素之一。體管和硅集成電路得以實(shí)現(xiàn)選擇擴(kuò)散的重要因素之一。8. 硅平面工藝中常規(guī)高溫?zé)嵫趸ば蛲ǔＪ窃鯓釉O(shè)置的？科硅平面工藝中常規(guī)高溫?zé)嵫趸ば蛲ǔＪ窃鯓釉O(shè)置的？科學(xué)的氧化工序都考慮了哪些因素？學(xué)的氧化工序都考慮了哪些因素？ 答：不同熱氧化方法的答：不同熱氧化方法的SiO2生長(zhǎng)速度、質(zhì)量不同。生長(zhǎng)速度、質(zhì)量不同。 干氧氧化制備干氧氧化制備SiO2膜的速度極慢，但膜的結(jié)構(gòu)致密；水汽膜的速度極慢，但膜的結(jié)構(gòu)致密；水汽氧化制備氧化制備SiO2膜的速度很快，但膜的結(jié)構(gòu)疏松，不可取；膜的速度很快，但膜的結(jié)構(gòu)疏松，不可??；濕氧氧化制備濕氧氧化制備SiO2膜的速度