半導(dǎo)體制造技術(shù)題庫(kù)答案

1、1.分別簡(jiǎn)述 R V D 和 GILD 的原理它們的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用方向快速氣相摻雜(RVD,RapidVapor-phaseDoping)利用快速熱處理過(guò)程(RTP)將處在摻雜劑氣氛中的硅片快速 均勻地加熱至所需要的溫度，同時(shí)摻雜劑發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生雜質(zhì)原子，雜質(zhì)原子直接從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楸还璞砻嫖降?固態(tài)，然后進(jìn)行固相擴(kuò)散，完成摻雜目的。同普通擴(kuò)散爐中的摻雜不同，快速氣相摻雜在硅片表面上并未形成含有雜質(zhì)的玻璃層；同離子注入相比G別是在淺結(jié)的應(yīng)用上)，RVD技術(shù)的潛在優(yōu)勢(shì)是：它并不受注入所帶來(lái)的一些效應(yīng)的影響； 對(duì)于選擇擴(kuò)散來(lái)說(shuō) 采用快速氣相摻雜工藝仍需要掩膜。另外，快速氣相摻雜仍然要在較高的溫度下完成。

2、雜質(zhì)分布是非理想的指 數(shù)形式，類似固態(tài)擴(kuò)散，具峰值處于表面處。氣體浸沒(méi)激光摻雜(GILD:GasImmersionLaserDoping) 用 準(zhǔn)分子激光器(308nm)產(chǎn)生高 能量密£ (0.5 2.0J/cm2)的短脈沖(20-100ns)®光，照射處于氣態(tài)源中的硅表面； 硅表面因吸收能量而變?yōu)橐后w層；同日氣態(tài)摻雜源由于熱解或光解作用產(chǎn)生雜質(zhì)原子；通過(guò)液相擴(kuò)散，雜質(zhì)原子進(jìn)入這個(gè)很薄的液體層，溶解在液體 層中的雜質(zhì)擴(kuò)散速度比在固體中高八個(gè)數(shù)量級(jí)以上，因而雜質(zhì)快速并均勻地?cái)U(kuò)散到整個(gè)熔化層中。當(dāng)激光照射停止后，已經(jīng)摻有雜質(zhì)的液體層通過(guò)固相外延轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)結(jié)晶體。由液體變?yōu)楣虘B(tài)結(jié)

3、晶體的速度非?？?。在結(jié)晶的同時(shí)，雜質(zhì)也進(jìn)入激活的品格位置，不需要近一步退火過(guò)程，而且摻雜只發(fā)生在表面的一薄 層內(nèi)。由于硅表面受高能激光照射的時(shí)間很短，而且能量又幾乎都被表面吸收， 硅體內(nèi)仍處于低溫狀態(tài)，不會(huì)發(fā)4擴(kuò)散現(xiàn)象，體內(nèi)的雜質(zhì)分布沒(méi)有受到任何擾動(dòng)。硅表面溶化層的深度由激光束的能量和脈沖時(shí)間所決定。因此，可根據(jù)需要控制激光能量密度和脈沖時(shí)間達(dá)到控制摻雜深度的目的。2 .集成電路制造中有哪幾種常見(jiàn)的擴(kuò)散工藝？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？擴(kuò)散工藝分類：按原始雜質(zhì)源在室溫下的相態(tài)分類，可分為固態(tài)源擴(kuò)散，液態(tài)源擴(kuò)散和氣態(tài)源擴(kuò)散。固態(tài)源擴(kuò)散(1) .開(kāi)管擴(kuò)散？?jī)?yōu)點(diǎn)：開(kāi)管擴(kuò)散的重復(fù)性和穩(wěn)定性都很好。(2) .箱法擴(kuò)

4、散優(yōu)點(diǎn)；箱法擴(kuò)散的硅表面濃度基本由擴(kuò)散溫度下雜質(zhì)在硅中的固溶度決定，均勻性較好。(3) .源源法擴(kuò)散缺點(diǎn)：這種擴(kuò)散方法的表面濃度很難控制，而且又不均勻。(4) .雜質(zhì)源也可以采用化學(xué)氣相淀積法淀積，這種方法的均勻性、重復(fù)性都很好，還可以把片子排列很密， 從而提高生產(chǎn)效率，具缺點(diǎn)是多了一道工序。液態(tài)源擴(kuò)散液態(tài)源擴(kuò)散優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低，效率高，重復(fù)性和均勻性都很好。擴(kuò)散過(guò)程中 應(yīng)準(zhǔn)確控制爐溫、擴(kuò)散時(shí)間、氣體流量和源溫等。源瓶的密封性要好，擴(kuò)散系統(tǒng)不能漏氣。氣態(tài)源擴(kuò)散氣態(tài)雜質(zhì)源多為雜質(zhì)的氫化物或者鹵化物，這些氣體的毒性很大，且易燃易爆，操作上要十分力心?？焖贇庀鄵诫s(RVD)氣體浸沒(méi)激

5、光摻雜(GILD)3 .雜質(zhì)原子的擴(kuò)散方式有哪幾種？它們各自發(fā)生的條件是什么？從原子擴(kuò)散的角度舉例說(shuō)明氧化增強(qiáng)擴(kuò)散和氧化 阻滯擴(kuò)散的機(jī)理。交換式：兩相鄰原子由于有足夠高的能量，互相交換位置?？瘴皇剑河捎谟芯Ц窨瘴?，相鄰原子能移動(dòng)過(guò)來(lái)。填隙式：在空隙中的原子擠開(kāi)品格原子后占據(jù)其位，被擠出的原子再去擠出其他原子。在空隙中的原子在晶體的原子間隙中快速移動(dòng)一段距離后，最終或占據(jù)空位，或擠出品格上原子占據(jù)其位以上幾種形式主要分成兩大類：替位式擴(kuò)散；填隙式擴(kuò)散。替位式擴(kuò)散如果替位雜質(zhì)的近鄰沒(méi)有空位.則替位雜質(zhì)要運(yùn)動(dòng)到近鄰品格位置上， 就必須通過(guò)互相換位才能實(shí)現(xiàn)。 這不 換位會(huì)引起周圍品格發(fā)生很大的畸變，需

6、要相當(dāng)大的能量，因此只有當(dāng)替位雜質(zhì)的近鄰品格上出現(xiàn)空位，替位 式擴(kuò)散才比較容易發(fā)生。填隙型擴(kuò)散？擠出機(jī)制：雜質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 踢出”品格位置上的硅原子進(jìn)入晶格位置，成為替位雜質(zhì)，被踢出"硅原子耳為間隙原子；Frank-Turnbull機(jī)制：也可能被 踢出”的雜質(zhì)以間隙方式進(jìn)行擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。當(dāng)它遇到空位時(shí)可被俘獲，成為 替位雜質(zhì)。4.費(fèi)克第一定律:CXC雜質(zhì)濃度；D擴(kuò)散系數(shù)（單位為cm2/s）寫出菲克第一定律和第二定律的表達(dá)式，并解釋其含義。J材料凈流量（單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)單位面積的原子個(gè)數(shù)）解釋：如果在一個(gè)有限的基體中雜質(zhì)濃度 C（x,t）存在梯度分布，則雜質(zhì)將會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，雜質(zhì)的擴(kuò)散流密

7、度J正比于雜質(zhì)濃度梯度比例系數(shù)D定義為雜質(zhì)在基體中的擴(kuò)散系數(shù)。雜質(zhì)的擴(kuò)散方向是使雜質(zhì)濃度梯度變小。如果擴(kuò)散時(shí)間足夠長(zhǎng)，則雜質(zhì)分布逐漸變得均勻。當(dāng)濃度梯度變小時(shí)，擴(kuò)散減緩。D依賴于擴(kuò)散溫度、雜質(zhì)的類型以及雜質(zhì)濃度等。cC（x,t）= c KcC（x,t）一（,）/式?。┓瓶说诙桑?amp; 融 示"假設(shè)擴(kuò)散系數(shù)D為常數(shù)一 &解5.以P2O5為例，多晶硅中雜質(zhì)擴(kuò)散的方式及分布情況。在多晶硅薄膜中進(jìn)行雜質(zhì)擴(kuò)散的擴(kuò)散方式與單晶硅中的方式是不同的，因?yàn)槎嗑Ч柚杏芯Яｉg界存在，所1雜質(zhì)原子主要沿著晶粒間界進(jìn)行擴(kuò)散。主要有三種擴(kuò)散模式:晶粒尺寸較小或晶粒內(nèi)的擴(kuò)散較快，以至從兩邊晶粒間界

8、向晶粒內(nèi)的擴(kuò)散相互重疊，形成如圖A類分布晶粒較大或晶粒內(nèi)的擴(kuò)散較慢，所以離晶粒間界較遠(yuǎn)處雜質(zhì)原子很少，形成如圖B類分布。與晶粒間界擴(kuò)散相比，晶粒內(nèi)的擴(kuò)散可以忽略不計(jì)，因此形成如圖C類分布。所以多品擴(kuò)散要比單晶擴(kuò)散快得多，其擴(kuò)散速度一般要大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。6.分別寫出恒定表面源擴(kuò)散和有限表面源擴(kuò)散的邊界條件、初始條件、擴(kuò)散雜質(zhì)的分布函數(shù)，簡(jiǎn)述這兩種擴(kuò)散的特點(diǎn)。恒定表面源擴(kuò)散（預(yù)淀積擴(kuò)散，predeposition）邊界條件/羽0）=。,戈）。擴(kuò)散開(kāi)始時(shí)的初始條件c（o/）= C表面濃度恒定C（AO = 0無(wú)容遠(yuǎn)處濃度為零根搭上述條/牛和留克第二定律"以得到恒定表由藍(lán)擴(kuò)卻的雜展分布情玩皿y

9、R品卜M忌）e擊為余誤差函數(shù) VN為特征擴(kuò)散長(zhǎng)度在表面濃度Cs 一定的情況下，擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，雜質(zhì)擴(kuò)散的就越深，擴(kuò)到硅內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量也就越多Q為:如果擴(kuò)散時(shí)間為t,那么通過(guò)單位表面積擴(kuò)散到Si片內(nèi)部的雜質(zhì)數(shù)量'fk恒定源擴(kuò)散，其表面雜質(zhì)濃度Cs基本上由該雜質(zhì)在擴(kuò)散溫度（900-1200C）下的固溶度所決定，在900-12001 范圍內(nèi)，固溶度隨溫度變化不大，很難通過(guò)改變溫度來(lái)達(dá)到控制表面濃度Cs的目的，這是該擴(kuò)散方法的不足之處。有限表面源擴(kuò)散(推進(jìn)擴(kuò)散，drive-in ) 雜質(zhì)分布形式與恒定表面源擴(kuò)散不同，有限表面源擴(kuò)散的表面濃度Cs隨時(shí)間而降低:散溫度相同時(shí)，擴(kuò)散時(shí)間 越長(zhǎng)，雜質(zhì)擴(kuò)散的

10、越深， 表面濃度越低。擴(kuò)散時(shí)間相同時(shí)，擴(kuò)散溫 度越高，雜質(zhì)擴(kuò)散的越 深，表面濃度下降越多。7 .什么是兩步擴(kuò)散工藝，其兩步擴(kuò)散的目的分別是什么?實(shí)際的擴(kuò)散溫度一般為900-1200C,在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，雜質(zhì)在硅中的固溶度隨溫度變化不大，采用恒定 表面源擴(kuò)散很難通過(guò)改變溫度來(lái)控制表面濃度，而且很難得到低表面濃度的雜質(zhì)分布形式。兩步擴(kuò)散：采用兩種擴(kuò)散結(jié)合的方式。第一步稱為預(yù)擴(kuò)散或者預(yù)淀積：在較低溫度下，采用恒定表面源擴(kuò)散方式。在硅片表面擴(kuò)散一層數(shù)量一定 按余誤差函數(shù)形式分布的雜質(zhì)。由于溫度較低，且時(shí)間較短，雜質(zhì)擴(kuò)散的很淺，可認(rèn)為雜質(zhì)是均勻分布在一薄 層內(nèi)，目的是為了控制擴(kuò)散雜質(zhì)的數(shù)量。第二步稱為主

11、擴(kuò)散或者再分布：將由預(yù)擴(kuò)散引入的雜質(zhì)作為擴(kuò)散源， 在較高溫度下進(jìn)行擴(kuò)散。主擴(kuò)散的目 是為了控制表面濃度和擴(kuò)散深度。兩步擴(kuò)散后的雜質(zhì)最終分布形式：D預(yù)t預(yù)<<D主t主，主擴(kuò)散起決定作用，雜質(zhì)基本按高斯函數(shù)分布。8 .假設(shè)進(jìn)行一次受固溶度限制的預(yù)淀積擴(kuò)散，從摻雜玻璃源引入的雜質(zhì)總劑量為Qcm-2。(1)如果這次預(yù)淀積進(jìn)行了總共t分鐘，若預(yù)淀積溫度不變，引入 3Qcm-2的雜質(zhì)需要多長(zhǎng)時(shí)間？(2)預(yù)淀積后再進(jìn)行推進(jìn)擴(kuò)散，要求推進(jìn)的雜質(zhì)足夠深，使得最后表面雜質(zhì)濃度等于其固溶度Cs的1%。1已知預(yù)淀積過(guò)程中的(Dt)predop ,推導(dǎo)出推進(jìn)擴(kuò)散過(guò)程中(Dt)drive-in的表達(dá)式。9 .

12、簡(jiǎn)述幾種常用的氧化方法及其特點(diǎn)。制備SiO2的方法有很多，熱分解淀積、濺射、真空蒸發(fā)、陽(yáng)極氧化法、化學(xué)氣相淀積、熱氧化法等。熱生 長(zhǎng)法制備的SiO2質(zhì)量好，是集成電路的重要工藝之一。熱氧化法：Si與氧或水汽等氧化劑在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成SiO2。熱氧化法制備SiO2的特點(diǎn)：具有很高的重復(fù)性和化學(xué)穩(wěn)定性，其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)不太受濕度和中等溫度熱處理的影響；降低Si表面的懸掛鍵，使表面態(tài)密度減??；很好地控制界面陷阱和固定電荷。(1) .干氧氧化在高溫下，氧氣與硅反應(yīng)生成 SiO2。氧化溫度為900-1200C ,為了防止外部氣體的玷污，爐內(nèi)氣體壓力應(yīng)比一個(gè)大氣壓稍高些，可通過(guò)氣體流 速來(lái)控制。

13、優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)致密、干燥、均勻性和重復(fù)性好，掩蔽能力強(qiáng)，與光刻膠黏附好，目前制備高質(zhì)量的SiO2薄癡基本上都是采用這種方法。缺點(diǎn)：干氧氧化法的生長(zhǎng)速率慢，所以經(jīng)常同濕氧氧化方法相結(jié)合生長(zhǎng)SiO2。？(2) .水汽氧化在高溫下，硅與高純水產(chǎn)生的蒸氣反應(yīng)生成SiO2。產(chǎn)生的H2分子沿Si-SiO2界面或者以擴(kuò)散方式通過(guò) SiO2層 逃離”。因?yàn)樗妊鯕庠赟iO2中有更高的擴(kuò)散 系數(shù)和大得多的溶解度，所以水汽氧化的生長(zhǎng)速率一般比較高。？(3) .濕氧氧化濕氧氧化的氧化劑是通過(guò)高純水的氧氣，高純水一般被加熱到95c左右。通過(guò)高純水的氧氣攜帶一定水蒸氣，所以濕氧氧化的氧化劑既含有氧，又含有水汽。因此， Si

14、O2的生長(zhǎng)速率介于干氧和水汽氧化 之間，與氧氣流量、水汽的含量有著密切關(guān)系。如果水汽含量很少，SiO2的生長(zhǎng)速率和質(zhì)量就越接近于干氧氧化的情況，反之，就越接近水汽氧化情況。水汽含量與水溫和氧氣流量有關(guān)。氧氣流量越大，水溫越高，則水汽含量就越大。氫氣和氧氣，H2+O2-H 2O采用高溫合成技術(shù)進(jìn)行水汽氧化，在這種氧化系統(tǒng)中，氧化劑是由純氫和純氧直接反應(yīng)生成的水汽。(4) .快速熱氧化工藝（RTO）制備深亞微米器件的柵極氧化層，非常薄 <30?在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)要求選擇干氧氧化、水汽氧化或濕氧氧化。對(duì)于制備較厚的SiO2層來(lái)說(shuō)，往往采用的是干氧-濕氧-干氧相結(jié)合的氧化方式。這種氧化方式既保證

15、 SiO2表面和Si-SiO2界面質(zhì)量，又解決了生長(zhǎng)效率 的問(wèn)題。10 .說(shuō)明SiO2的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并簡(jiǎn)述結(jié)晶型 SiO2和無(wú)定形SiO2的區(qū)別。結(jié)晶形SiO2由Si-O四面體在空間規(guī)則排列構(gòu)成每個(gè)頂角的 O原子與兩個(gè)相鄰四面體中心的 Si原子形 成共價(jià)鍵。無(wú)定形SiO2Si-O四面體的空間排列沒(méi)有規(guī)律 Si-O-Si鍵橋的角度不固定，在110-180之間，峰值144無(wú)定形SiO2的性質(zhì)：Si-O四面體在空間的排列無(wú)規(guī)則，大部分O與相鄰的兩個(gè)Si-O四面體的Si形成共價(jià)鍵（稱為橋鍵氧） 也有一部分只與一個(gè)Si-O四面體的Si形成共價(jià)鍵（稱為非橋鍵氧）；無(wú)定形網(wǎng)絡(luò)疏松、不均勻、有孔洞，SiO2分

16、子約占無(wú)定形網(wǎng)絡(luò)空間體積 43%,密度2.15-2.25g/cm3, i 晶形SiO2密度為2.65g/cm3;在無(wú)定形SiO2網(wǎng)絡(luò)中，氧的運(yùn)動(dòng)（1-2個(gè)Si-O鍵）比Si（4個(gè)Si-O鍵）容易；室溫下Si-O鍵以共價(jià)鍵為主，也含有離子鍵成份，隨溫度的升高，離子鍵成份比例增大。密度：一般為2.20g/cm3 （無(wú)定形，一般用稱量法測(cè)量）；折射率：是波長(zhǎng)的函數(shù)，5500?左右時(shí)為1.46,密度較大則折射率較大；電阻率：高溫干氧氧化法制備的 SiO2電阻率高達(dá)1016 Q - cm介電強(qiáng)度：?jiǎn)挝缓穸鹊腟iO2所能承受的最小擊穿電壓，與致密程度、均勻性、雜質(zhì)含量等因素有關(guān)， 一般為 106-107V

17、/cm；化學(xué)性質(zhì)：非常穩(wěn)定，室溫下只與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：x O x, 制11 .以P2O5為例說(shuō)明SiO2的掩蔽過(guò)程。以P2O5雜質(zhì)源為例來(lái)說(shuō)明SiO2的掩蔽過(guò) 程：當(dāng)P2Q與SiO2接觸時(shí)，SiO2就轉(zhuǎn)變?yōu)楹?磷的玻璃體。（a）擴(kuò)散剛開(kāi)始，只有靠近表面的 SiO2 轉(zhuǎn)變?yōu)楹椎牟Ａw。（b）大部分SiO2層已轉(zhuǎn)變?yōu)楹椎牟Ａ?體。（c）整個(gè)SiO2層都轉(zhuǎn)變?yōu)楹椎牟Ａw。（d）在SiO層完全轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａw后，又經(jīng) 過(guò)一定時(shí)間，SiO2層保護(hù)的硅中磷已經(jīng) 擴(kuò)進(jìn)一定深度。制場(chǎng)12 .簡(jiǎn)述雜質(zhì)在SiO2的存在形式及如何調(diào)節(jié) SiO2的物理性質(zhì)。熱氧化層中可能存在各種雜質(zhì)，某些最常見(jiàn)的雜質(zhì)是與水有關(guān)的化

18、合物，具結(jié)構(gòu)如圖所示。如果氧化層在生長(zhǎng)中有水存在，一種可能發(fā)生的反應(yīng)是一個(gè)氧橋還原為兩個(gè)氫氧基。Si:O:Si 一Si:O:H+H:O:Si網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成者一一一些雜質(zhì)會(huì)被有意摻入熱淀積 SiO2中，用來(lái)改善它的物理性質(zhì)和電學(xué)特性，例如硼、磷，稱為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成者，它們可以調(diào)節(jié)有氧橋和無(wú)氧橋的比例，使得SiO2的強(qiáng)度上升或者下降。當(dāng)B替代Si之后，頂角上的四個(gè)O只有三個(gè)O可以同B形成共價(jià)鍵，剩余的一個(gè) O因無(wú)法與中心的B J成共價(jià)鍵，而變成了非橋鍵 O,因此SiO2網(wǎng)絡(luò)中非橋鍵O增加，強(qiáng)度下降。當(dāng)P替代Si之后，與原有的四個(gè)O形成共價(jià)鍵，還多余一個(gè)價(jià)電子，這個(gè)多余的價(jià)電子還可以與近鄰的一個(gè)非橋鍵。形成橋鍵

19、O,因此SiO2網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度增加。網(wǎng)絡(luò)改變者存在于SiO2網(wǎng)絡(luò)間隙的雜質(zhì)為網(wǎng)絡(luò)改變者。一般以離子形式存在，離子半徑較大，替代硅的可能性很小。例如Na、K、Pb、Ba等都是網(wǎng)絡(luò)改變者。網(wǎng)絡(luò)改變者往往以氧化物形式進(jìn)入 SiO2中。進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)之后便離化，并把氧離子交給 SiO2網(wǎng)絡(luò)。？Na2O+日 Si-O-Si SSiO-+O Si 日+2Na網(wǎng)絡(luò)中氧的增加，使非橋鍵氧的濃度增大，SiO2網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度減弱。13 .簡(jiǎn)述常規(guī)熱氧化辦法制備 SiO2介質(zhì)薄膜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，并說(shuō)明在什么情況下氧化過(guò)程由反應(yīng)控制或擴(kuò)散控制。迪爾-格羅夫氧化模型可以很好地預(yù)測(cè)氧化層厚度，熱氧化過(guò)程主要分為以下三個(gè)過(guò)程：(1)氧化劑從

20、氣體內(nèi)部以擴(kuò)散形式穿過(guò)滯留層運(yùn)動(dòng)到氣體-SiO2界面，其流密度用Ji表示。(2)氧化劑以擴(kuò)散方式穿過(guò)SiO2層，到達(dá)SiO2-Si界面，其流密度用J2表示。(3)氧化劑在Si表面與Si反應(yīng)生成SiO2,流密度用J3表示。過(guò)程一：氧擴(kuò)散穿越氣體滯留層的過(guò)程對(duì)于流量h可以根據(jù)費(fèi)克第一定律寫出方程；亢 D ： (_. = 1 6 a目 V kT其中我為玻獷茲曼常數(shù).P,為氧化爐中家氣的分壓強(qiáng).考慮某些氣體仍會(huì)再穿過(guò)大部分滯留層后保留下來(lái)，采用下式表達(dá)更為準(zhǔn)確4 二中尸外(嗎-1)其中心為康量輸is系數(shù)過(guò)程二;氨穿過(guò)已生長(zhǎng)的氧化膜的擴(kuò)散氧化忌去面吸附的氧(匚口)起？I近的作用.反應(yīng)表面起氧漏的作用,建

21、立起莫就擴(kuò)散所隹的濃曳幡度一C -CJ2=D工以_-.J其中5為氧在虹01中的擴(kuò)散系我口過(guò)程三：集與珪反應(yīng)生成二氧化硅反應(yīng)速率和流魚與氟濃度成正比"|人士?jī)篏當(dāng)氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)DSiO2很小時(shí)(Dvvkstox)，則得Ci-0 , CgHPg ,氧化劑以擴(kuò)散方式通過(guò) SiO 層運(yùn)動(dòng)到SiO2-Si界面處的數(shù)量極少，與Si立即發(fā)生反應(yīng)生成SiO2,在界面處沒(méi)有氧化劑的堆積，濃度趨于零 因擴(kuò)散速度太慢，而大量氧化劑堆積在 SiO2的表面處，濃度趨向于同氣相平衡時(shí)的濃度 Co此時(shí)，SiO2的住 長(zhǎng)速率主要由氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散速度決定，稱為擴(kuò)散控制。如果擴(kuò)散系數(shù)DSiO2很

22、大，Ci=C0=HPg/(1+ks/h)。此時(shí)，進(jìn)入SiO2中的氧化劑快速擴(kuò)散到 SiO2-Si界面處, 在界面處氧化劑與Si反應(yīng)生成SiO2的速率很慢，造成氧化劑在界面處堆積，趨向于 SiO2表面處的濃度。此 時(shí)，SiO2生長(zhǎng)速率由Si表面的化學(xué)反應(yīng)速率控制，稱為反應(yīng)控制。14 .說(shuō)明影響氧化速率的因素。1)氧化劑分壓因?yàn)槠胶馇闆r下，SiO2中氧化劑的濃度C0=HPg,而拋物型速率常數(shù)B=2DSiO2Co/N1,所以氣體中的氧化劑分壓 Pg是通過(guò)氧化劑的濃度對(duì)速率常數(shù) B產(chǎn)生影響，B與Pg成正上 關(guān)系。A與氧化劑分壓無(wú)關(guān)。因?yàn)锽、B/A均與Pg成正比，那么在一定氧化條件下，通過(guò)改變氧化劑分壓

23、可達(dá)到改變二氧化硅生長(zhǎng)速率 的目的。2)氧化溫度對(duì)拋物線性速率系數(shù) B的影響是通過(guò)氧化劑在 SiO2中擴(kuò)散系數(shù)DSiO2產(chǎn)生的。由B = 2DSiO2C /N1可知，B與溫度之間也是指數(shù)關(guān)系。對(duì)線性速率系數(shù)B/A的影響線性速率常數(shù)B/A與溫度的關(guān)系如圖，對(duì)于干氧氧化和水汽氧化都是指數(shù)關(guān)系 激活能分別為2.00eV和1.96eV,其值接近Si-Si鍵斷裂所需要的1.83eV的能量值，說(shuō)明支配線性速率常數(shù) B/ 的主要因素是化學(xué)反應(yīng)常數(shù) ks, ks與溫度的關(guān)系為：ks=ks0exp（-Ea/kT）其中，ks0為實(shí)驗(yàn)常數(shù)，Ea為化學(xué)激活能3）晶向拋物型氧化速率常數(shù) B,與硅襯底晶向無(wú)關(guān)，這是因?yàn)樵?/p>

24、氧化劑壓力一定的條件下，B的大小只與氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散能力有關(guān).線性氧化速率常數(shù)B/A則強(qiáng)烈地依賴于晶面的取向，因?yàn)樵谘趸瘎┓謮翰皇呛艿蜁r(shí)氣相質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)h>>ks,在這種情況下線性氧化速率常數(shù)的大小主要由化學(xué)反應(yīng)常數(shù)ks決定，即由硅表面處的原子經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO2的速率決定。表面化學(xué)反應(yīng)速率是與硅表面的原子密度，也就是與表面的價(jià)鍵密度有關(guān)。（111）但上的硅原子密度比（100）面上大。因此，（111）面上的線性氧化速率常數(shù)應(yīng)比（100）面上大。4）雜質(zhì)影響摻磷/摻氯在干分子氧中加入少量（1%3%）鹵素能夠顯著改善SiO2特性:加速反應(yīng)Si-O鍵能為4.25eV, Si-

25、C 鍵能為0.5eVo氯氣與Si反應(yīng)生成的SiCl4可以與氧氣反應(yīng)生成SiO2,這里氯氣起到了催化劑的作用。 Cl 能夠中和積累在表面的電荷。氯氣能夠與大多數(shù)重金屬原子反應(yīng)生成揮發(fā)性的金屬氯化物，起到清潔作用。15 .簡(jiǎn)述在熱氧化過(guò)程中雜質(zhì)再分布的四種可能情況。如果假設(shè)硅中的雜質(zhì)分布是均勻的，而且氧化氣氛中又不含有任何雜質(zhì)，則再分布有四種可能。分凝系數(shù)m<l,且在SiO2中是慢擴(kuò)散的雜質(zhì)，也就是說(shuō)在分凝過(guò)程中雜質(zhì)通過(guò)SiO2表面損失的很少，硼就是屬于這類。再分布之后靠近界面處的SiO2中的雜質(zhì)濃度比硅中高，硅表面附近的濃度下降。m<1,且在SiO2中是快擴(kuò)散的雜質(zhì)。因?yàn)榇罅康碾s質(zhì)通

26、過(guò) SiO2表面跑到氣體中去，雜質(zhì)損失非常厲害 使SiO2中的雜質(zhì)濃度比較低，但又要保證界面兩邊的雜質(zhì)濃度比小于1,使硅表面的雜質(zhì)濃度幾乎降到零，彳H2氣氛中的硼就屬于這種情況。m>1,且在SiO2中慢擴(kuò)散的雜質(zhì)。再分布之后硅表面附近的雜質(zhì)濃度升高，磷就屬于這種雜質(zhì)。m>l,且在SiO2中快擴(kuò)散的雜質(zhì)。在這種情況下，雖然分凝系數(shù)大于1,但因大量雜質(zhì)通過(guò)SiO2表面I入氣體中而損失，硅中雜質(zhì)只能不斷地進(jìn)入SiO2中，才能保持界面兩邊雜質(zhì)濃度比等于分凝系數(shù)，最終使硅表面附近的雜質(zhì)濃度比體內(nèi)還要低，錢就是屬于這種類型的雜質(zhì)。對(duì)于m = 1,而且也沒(méi)有雜質(zhì)從SiO2表面逸散的情況，熱氧化過(guò)

27、程也同樣使硅表面雜質(zhì)濃度降低。這是因）一個(gè)體積的硅經(jīng)過(guò)熱氧化之后轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)多體積的 SiO2,由此，要使界面兩邊具有相等的雜質(zhì)濃度（m=1）,那么雜質(zhì)必定要從高濃度硅中向低濃度 SiO2中擴(kuò)散，即硅中要消耗一定數(shù)量的雜質(zhì)，以補(bǔ)償增加的SiO2體矛所需要的雜質(zhì)。16 . 一片硅片由0.3um厚的SiO2薄膜覆蓋。所需數(shù)據(jù)見(jiàn)下表，玻爾茲曼常數(shù) k=1.38漢0-23。（1）在1200c下，采用H2O氧化，使厚度增加0.5um需要多少時(shí)間？。（2）在1200c下，采用干氧氧化，增加同樣的厚度需要多少時(shí)間？氧化工藝BB/A干氧C1 =7.72*102 仙 m2h-1 ;E1=1.23eVC2=6.23

28、*106 pm2h-1;E2=2.0eV濕氧C1=2.14*102pm2h-1;E1=0.71eVC2=8.95*107 n m2h-1;E2=2.05eVH2OC1 =3.86*102 從 m2h-1;E1 =0.78eVC2=1.63*108 u m2h-1;E2=2.05eV10.Si-SiO2界面電荷有哪幾種？簡(jiǎn)述其來(lái)源及處理辦法?？蓜?dòng)離子電荷Qm?來(lái)源：主要來(lái)源于Na+等網(wǎng)絡(luò)改變者。解決辦法：為了降低Na+的玷污，可以在工藝過(guò)程中采取預(yù)防措施包括使用含氯的氧化工藝；用氯周期性地清洗管道、爐管和相關(guān)的容器；使用超純凈的化學(xué)物質(zhì)；保證氣體及氣體傳輸過(guò)程的清潔。另外保證柵材料不受玷污也是很

29、重要的。氧化層陷阱電荷Qot來(lái)源：在氧化層中有些缺陷能產(chǎn)生陷阱，這些缺陷有：懸掛鍵；界面陷阱；硅 硅鍵的伸展；斷鍵的氧原子（氧的懸掛鍵）；弱的硅-硅鍵（它們很容易破裂，面表現(xiàn)電學(xué)特性）。扭曲的相 -氧鍵；Si-H和Si-OH鍵。產(chǎn)生陷阱電荷的方式主要有電離輻射和熱電子注入等解決辦法：減少電離輻射陷阱電荷的主要方法有三種：選擇適當(dāng)?shù)难趸に嚄l件以改善 SiO2結(jié)構(gòu)。為抗輻照，氧化最佳工藝條件，常用1000c干氧氧化。在惰性氣體中進(jìn)行低溫退火（150-400 C）可以減少電離輻射陷阱。采用對(duì)輻照不靈敏的鈍化層，例如 A12O3, Si3N4等。氧化層固定電荷Qf?來(lái)源：通常是由Si-SiO2之間過(guò)

30、渡區(qū)的結(jié)構(gòu)改變引起的。該區(qū)中存在有過(guò)剩的硅離子，在氧化過(guò)程中與品格脫開(kāi)但還未完全與氧反應(yīng)。處理辦法：快速退火能有效地減小氧化層固定電荷密度。右圖為Deal三角，說(shuō)明了這種效應(yīng)。界面陷阱電荷Qit?來(lái)源：界面處存在的不完整化合價(jià)及不飽和鍵，使得電子和空穴可以很容易地被俘獲。處理辦法：界面態(tài)密度與襯底晶向、氧化層生長(zhǎng)條件和退火條件密切有關(guān)。在相同的工藝條件下、（111）晶向的硅襯底產(chǎn)生的界面態(tài)密度最高，（100）晶向的最低。通過(guò)采用特殊的退火工藝可以有效減少界面態(tài)密度。11.下圖為一個(gè)典型的離子注入系統(tǒng)。（1）給出16數(shù)字標(biāo)識(shí)部分的名稱，簡(jiǎn)述其作用。（2）闡述部件2的工作原理。1.離子源2.分析磁

31、塊3.加速器4.中性束閘5.x&y掃描板6.法拉第杯1 .離子源作用：產(chǎn)生注入用的離子原理：高能電子轟擊（電子放電）雜質(zhì)原子形成注入離子類型：高頻，電子振蕩，濺射氣體流入一個(gè)放電腔室，熱燈絲發(fā)射的電子與氣體分子碰撞，當(dāng)能量足夠大時(shí)，氣體分子被離化。2 .質(zhì)量分析器 作用：將所需離子分選出來(lái)原理：帶電離子在磁場(chǎng)中受洛倫磁力作用，運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生彎曲由離子源引出的離子流含有各種成分，其中大多數(shù)是電離的，在BF3的例子中，我們需要僅僅揀選出 B+,這樣的過(guò)程通常由一個(gè)分析磁鐵完成。 離子束進(jìn)入一個(gè)低壓腔體內(nèi)，該腔體內(nèi)的磁場(chǎng)方向垂直于離子束的速度方向，利用磁場(chǎng)對(duì)荷質(zhì)比不同的離子產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)作用大小不

32、同，最后在特定位置采用一個(gè)狹縫，可以將所需的在限量分析器腔體有支是原了速度，*是高子所帶的電荷量，“是離慣量，B是匿場(chǎng)強(qiáng)度，是由率半徑,產(chǎn)皿是引出電位.根據(jù)以上兩式可以得出決定分辨率離子分離出來(lái)陋量為5 M的離子產(chǎn)生的位移距離為l-cos© + (siii©3 .加速器作用：使離子獲得所需的能量。原理：利用強(qiáng)電場(chǎng)，使離子獲得更大的速度加速器的主要作用是使離子增加離子能量能夠達(dá)到器件所需要的結(jié)深。用一組靜電透鏡將束聚焦為一個(gè)圓 斑或長(zhǎng)條狀，然后束進(jìn)入一個(gè)線性靜電加速器，加速器沿加速管的長(zhǎng)度方向建立一個(gè)電場(chǎng)來(lái)改變離子的能量4 .中性束閘和中性束阱作用：使中性原子束因直線前進(jìn)不能

33、達(dá)到靶室原理：用一靜電偏轉(zhuǎn)板使離子束偏轉(zhuǎn) 5o-8o作用再進(jìn)入靶室5 .掃描系統(tǒng)作用：使離子在整個(gè)靶片上均勻注入。方式：靶片靜止，離子束在 X,Y方向作電掃描。粒子束在Y方向作電掃描，靶片在X方向作機(jī)械運(yùn)動(dòng)。粒子束靜止，靶片在X,Y方向作機(jī)械運(yùn)動(dòng)。6 .法拉第杯作用：收集束流測(cè)量注入劑量原理：收集到的束流對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分得到束流的大小信息12 .離子在靶內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，損失能量可分核阻滯和電子阻滯，解釋什么是核阻滯、電子阻滯？?jī)煞N阻滯本領(lǐng)與注入離 子能量具有何關(guān)系？ 碰撞注入離子與靶內(nèi)原子核之間的相互碰撞。因注入離子與靶原子的質(zhì)量一般為同一數(shù)量級(jí)，每次碰撞 之后，注入離子都可能發(fā)生大角度的散射，并失去

34、一定的能量。 子碰撞注入離子與靶內(nèi)自由電子以及束縛電子之間的碰撞，這種碰撞能瞬時(shí)地形成電子-空穴對(duì)。由于兩者的質(zhì)量相差非常大（104）,每次碰撞中，注入離子的能量損失很小，而且散射角度也非常小，也就是說(shuō)每次 碰撞都不會(huì)改變注入離子的動(dòng)量，雖然經(jīng)過(guò)多次散射，注入離子運(yùn)動(dòng)方向基本不變。在一級(jí)近似下，核阻止本領(lǐng)與能量無(wú)關(guān)；電子阻止本領(lǐng)與能量的平方根成正比。13 .采用無(wú)定形掩膜的情況下進(jìn)行注入，若掩蔽膜/襯底界面的雜質(zhì)濃度減少至峰值濃度的 1/10000,掩蔽膜的厚度 應(yīng)為多少？用注入雜質(zhì)分布的射程和標(biāo)準(zhǔn)偏差寫出表達(dá)式。無(wú)定形靶內(nèi)的縱向濃度分布可用高斯函數(shù)表示：其中，Rp為投影射程，A Rp為投影射

35、程的標(biāo)準(zhǔn)偏差，小為劑量。以上為濃度與深度的函數(shù)變化關(guān)系。由于 離子注入過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性，離子也有穿透掩蔽膜邊緣的橫向散射，因此分布應(yīng)考慮為二維的，既有橫向也有縱 向的標(biāo)準(zhǔn)偏差。射程估算：如果注入離子能量比Ec大很多，則離子在靶內(nèi)主要以電子阻止形式損失能量， 可按下式估算射程：RP '如果注入離子的能量E<<Ec,離子在靶內(nèi)主要以核阻止形式損失能量，則得射程R的表達(dá)式為：R一14 . As注入到輕摻雜的P型Si襯底內(nèi)，能量75eV,齊量為1X1014cm-2。硅片相對(duì)于離子束做7°傾斜，使其貌似II 品。假設(shè)對(duì)注入?yún)^(qū)進(jìn)行快速退火，結(jié)果得到了完全的電激活，其峰值電子濃度

36、為多少？所需參數(shù)可參考下圖。15 .什么是離子注入的橫向效應(yīng)？同等能量注入時(shí)，As和B哪種橫向效應(yīng)更大？為什么？橫向效應(yīng)：注入的離子在垂直于入射方向平面內(nèi)的分布情況。橫向效應(yīng)與注入離子的種類和離子能量有關(guān)。B的橫向效應(yīng)更大，因?yàn)橘|(zhì)量小的離子速度更高，與靶材原116.作用時(shí)間短。等派魔綻-A10”等濃度線如以不同鴕量血硅注入錯(cuò)8入射束能70 keV(a) 70 UV注入耳中5QUV 100 keV150 keVion uv非對(duì)稱性常用偏斜度(skewnes嵌示：y=Np什么是離子分布的偏斜度和峭度，和標(biāo)準(zhǔn)高斯分布有什么區(qū)別?,丫為負(fù)值表明雜質(zhì)分布在表面一側(cè)的濃度增加，即 x<Rp區(qū)域濃度增

37、加。m4畸變用峭度B (kurtosis質(zhì)示：B紳;，峭度越大，高斯曲線的頂部越平，標(biāo)準(zhǔn)高斯曲線的峭度為3。LSS的理論是呈標(biāo)準(zhǔn)的高斯分布，不同的雜質(zhì)會(huì)不同程度地偏離對(duì)稱的高斯分布。如圖中所示。17 .熱退火用于消除離子注入造成的損傷，溫度要低于雜質(zhì)熱擴(kuò)散的溫度，然而，雜質(zhì)縱向分布仍會(huì)出現(xiàn)高斯展寬 與拖尾現(xiàn)象，解釋其原因。?離子注入后會(huì)對(duì)品格造成簡(jiǎn)單品格損傷和非晶層形成；?損傷晶體空位密度大于非損傷晶體，且存在大量間隙原子和其他缺陷，使擴(kuò)散系數(shù)增大，擴(kuò)散效應(yīng)增強(qiáng)故，雖然熱退火溫度低于熱擴(kuò)散溫度，但雜質(zhì)的擴(kuò)散也是非常明顯的，出現(xiàn)高斯展寬與拖尾現(xiàn)象。18 .什么是離子注入中常發(fā)生的溝道效應(yīng)(Cha

38、nneling)和臨界角？怎樣避免溝道效應(yīng)？溝道效應(yīng)：對(duì)晶體靶進(jìn)行離子注入，當(dāng)離子速度方向平行于主晶軸時(shí)，將很少受到核碰撞，離子將沿溝道運(yùn)動(dòng)，注入深度很深。由于溝道效應(yīng)，使注入離子濃度的分布產(chǎn)生很長(zhǎng)的拖尾， 對(duì)于輕原子注入到重原子靶時(shí)，拖尾效應(yīng)尤其明顯 解決辦法：A.偏離軸注入，采用7 °的傾斜角，但并不能完全消除溝道效應(yīng)。B.注入前破壞品格結(jié)構(gòu)，使用 Si、F或Ar離子注入完成硅的預(yù)非晶化。C.使用薄的屏蔽氧化層，使離子進(jìn)入晶體前的速度方向無(wú)序化，但會(huì)將部分氧注入晶體。(1)偏軸注入：一般選取57傾角，入射能量越小，所需傾角越大(2)襯底非晶化預(yù)處理：進(jìn)行一次高劑量 Ar+注入，使

39、硅表面非晶化(3)非晶層散射：表面生長(zhǎng)200250?二氧化硅(ScreenOxide),使入射離子進(jìn)入硅晶體前方向無(wú)序化(4)注入雜質(zhì)的自非晶化效應(yīng)：重雜質(zhì)(As),高劑量注入。19 .什么是固相外延(SPE)及固相外延中存在的問(wèn)題？固相外延是指半導(dǎo)體單晶上的非晶層在低于該材料的熔點(diǎn)或共晶點(diǎn)溫度下外延再結(jié)晶的過(guò)程。固相外延存在問(wèn)題 射程末端缺陷EOR高劑量注入促使硅非晶化，而穩(wěn)定的位錯(cuò)環(huán)是高劑量注入的一個(gè)突出特點(diǎn)，非晶區(qū)以固相外延方式生長(zhǎng)后 位錯(cuò)環(huán)的最大濃度在非晶和晶體硅的界面。這些位于最初的非晶 /單晶(a/c)界面的缺陷稱為射程末端 (EOR,End-of-Range)缺陷。形成射程末端缺

40、陷的原因在于 a/c界面的一側(cè)有大量的非晶化閾值損傷。若位錯(cuò)環(huán)位于PN結(jié)耗盡區(qū)附近，會(huì)產(chǎn)生大的漏電流。位錯(cuò)環(huán)與金屬雜質(zhì)結(jié)合時(shí)更嚴(yán)重。？選擇的退火過(guò)程應(yīng)當(dāng)能夠產(chǎn)生足夠的雜質(zhì)擴(kuò)散，使位錯(cuò)環(huán)處于高摻雜區(qū)，同時(shí)又被阻擋在器件工作時(shí)的耗盡 區(qū)之外。20 .簡(jiǎn)述硼和磷的退火特性。硼退火特性電激活比例：自由載流子數(shù)p和注入劑量Ns的比對(duì)于低劑量的情況，隨退火溫度上升，電激活比例增大。對(duì)于高劑量情況，可以把退火溫度分為三個(gè)區(qū)域：在區(qū)域I中，隨退火溫度上升，點(diǎn)缺陷的移動(dòng)能力增強(qiáng)，因此間隙硼和硅原子與空位的復(fù)合幾率增加，使 點(diǎn)缺陷消失，替位硼的濃度上升，電激活比例增加，自由載流子濃度增大。當(dāng)退火溫度在500-60

41、0C的范圍內(nèi)，點(diǎn)缺陷通過(guò)重新組合或結(jié)團(tuán)，降低其能量。因?yàn)榕鹪臃浅Ｐ?，和?陷團(tuán)有很強(qiáng)的作用，很容易遷移或被結(jié)合到缺陷團(tuán)中，處于非激活位置，因而出現(xiàn)隨溫度的升高而替位硼的 濃度下降的現(xiàn)象，也就是自由載流子濃度隨溫度上升而下降的現(xiàn)象(逆退火特性)。在區(qū)域田中，硼的替位濃度以接近于 5eV的激活能隨溫度上升而增加，這個(gè)激活能與升溫時(shí) Si自身空G 的產(chǎn)生和移動(dòng)的能量一致。產(chǎn)生的空位向間隙硼處運(yùn)動(dòng)，因而間隙硼就可以進(jìn)入空位而處于替位位置， 硼白 電激活比例也隨溫度上升而增加。實(shí)際退火條件，要根據(jù)注入時(shí)靶溫、注入劑量及對(duì)材料性能的要求來(lái)選擇。注入劑量低，不發(fā)生逆退火現(xiàn)象，退火溫度不需要太高。1012/

42、cm2, 800度，幾分鐘。室溫注入與靶溫較高時(shí)注入時(shí)，產(chǎn)生非晶區(qū)的臨界劑量不同，退火要求也不同。磷退火特性圖中虛線所表示的是損傷區(qū)還沒(méi)有變?yōu)榉蔷訒r(shí)的退火性質(zhì)，實(shí)線則表示非晶層的退火性質(zhì)。對(duì)于1X1015/cm2和5X1015/cm2時(shí)所形成的非晶層，退火溫度在 600c左右，低于劑量為1014左右沒(méi)有用 成非晶層時(shí)的退火溫度，這是因?yàn)閮煞N情況的退火機(jī)理不同。非晶層的退火效應(yīng)是與固相外延再生長(zhǎng)過(guò)程相聯(lián)系的，在再生長(zhǎng)過(guò)程中，V族原子實(shí)際上與硅原子是難以區(qū)分，被注入的V族原子P在再結(jié)晶過(guò)程中與硅原子一樣，同時(shí)被結(jié)合到品格位置上。21 .簡(jiǎn)述RTP設(shè)備的工作原理，相對(duì)于傳統(tǒng)高溫爐管它有什么優(yōu)勢(shì)？R

43、TP工藝是一類單片熱處理工藝，其目的是通過(guò)縮短熱處理時(shí)間和溫度或只縮短熱處理時(shí)間來(lái)獲得最小的工藝熱預(yù)算(ThermalBudget )。RTP工藝的發(fā)展，是為了適應(yīng)等比例縮小器件結(jié)構(gòu)對(duì)雜質(zhì)再分布的嚴(yán)格要求；最早的RTP工藝主要用于注入后的退火。目前，RTP工藝的應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到氧化、化學(xué)氣相淀積和外延生長(zhǎng)等領(lǐng)域。雜質(zhì)的再分布問(wèn)題隨著器件等比例縮小到深亞微米階段，源、漏區(qū)的PN結(jié)結(jié)深要求做得非常淺。離子注入后的雜質(zhì)，必須通過(guò)足夠高溫度下的熱處理，才能具有電活性，同時(shí)消除注入損傷。傳統(tǒng)的高溫爐管工藝，由于升、降溫緩慢和熱處理時(shí)間長(zhǎng)，從而造成熱處理過(guò)程中雜質(zhì)的再分布問(wèn)題嚴(yán)重 難以;f$制PN結(jié)結(jié)深。

44、最早的RTP工藝，就是為了離子注入后退火而開(kāi)發(fā)的。RTP設(shè)備與傳統(tǒng)高溫爐管的區(qū)別? 加熱元件：RTP采用加熱燈管，傳統(tǒng)爐管采用電阻絲硅片? 溫度控制：傳統(tǒng)爐管利用熱對(duì)流及熱傳導(dǎo)原理，使硅片與整個(gè)爐管周圍環(huán)境達(dá)到熱平衡， 溫度控制精確 而RTP設(shè)備通過(guò)熱輻射選擇性加熱硅片，較難控制硅片的實(shí)際溫度及其均勻性。? 升降溫速度： RTP 設(shè)備的升、降溫速度為10-200 /秒，而傳統(tǒng)爐管的升、降溫速度為5-50 /分鐘。? 傳統(tǒng)爐管是熱壁工藝，容易淀積雜質(zhì)； RTP 設(shè)備則是冷壁工藝，減少了硅片沾污。? 生產(chǎn)方式： RTP 設(shè)備為單片工藝，而傳統(tǒng)爐管為批處理工藝。? 傳統(tǒng)爐管的致命缺點(diǎn)是熱預(yù)算大，無(wú)法

45、適應(yīng)深亞微米工藝的需要；而RTP 設(shè)備能大幅降低熱預(yù)算。22 . 簡(jiǎn)述 RTP 在集成電路制造中的常見(jiàn)應(yīng)用。1） 雜質(zhì)的快速熱激活RTP 工藝最具吸引力的的熱點(diǎn)之一是晶圓片不用達(dá)到熱平衡狀態(tài)，意味著電活性的有效摻雜實(shí)際上可以超過(guò)固溶度限制。例如，對(duì)神進(jìn)行數(shù)毫秒的退火，它的激活濃度可達(dá)到3X1021左右，大約是其固溶度的10倍。因?yàn)?，在好時(shí)間的退火過(guò)程中，砷原子沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)形成聚團(tuán)并凝聚成無(wú)活性的缺陷。2） 介質(zhì)的快速熱加工快速熱氧化 （RTO） 可以在合適的高溫下通過(guò)精確控制的氣氛來(lái)實(shí)現(xiàn)短時(shí)間生長(zhǎng)薄氧層。 （干氧方法）RTO 生長(zhǎng)的氧化層具有很好的擊穿特性，電性能上堅(jiān)固耐用。由于不均勻溫度

46、分布產(chǎn)生的晶圓片內(nèi)的熱塑應(yīng)力影響了 RTO 的均勻性。若適當(dāng)冷卻反應(yīng)腔壁，可以用作冷壁工藝，防止腔壁污染后續(xù)工藝。3） 硅化物和接觸的形成快速熱處理也經(jīng)常被用于形成金屬硅化物接觸，其可以仔細(xì)控制硅化反應(yīng)的溫度和環(huán)境氣氛，以盡量減少雜污染，并促使硅化物的化學(xué)配比和物相達(dá)到最理想的狀態(tài)。形成阻擋層金屬也是RTP 在 Si 技術(shù)中的一個(gè)應(yīng)用， 這些導(dǎo)電的阻擋層金屬可以阻止硅襯底和用于器件互聯(lián)的 Al 基合金之間的互擴(kuò)散。另外 RTP 還可以在 GaAs 工藝中用于接觸的形成， 淀積一層金鍺混合物并進(jìn)行熱退火， 可以在 N 型 GaA 材料上形成低阻的歐姆接觸。23 . 對(duì) RTP 來(lái)說(shuō)，很難在高溫下

47、處理大直徑晶圓片而不在晶圓片邊緣造成熱塑應(yīng)力引起的滑移。分析滑移產(chǎn)生的原因。如果溫度上升速度加快后，滑移現(xiàn)象變得更為嚴(yán)重，這說(shuō)明晶圓片表面上的輻射分布是怎樣的？硅片熱不均勻的因素三個(gè)因素造成硅片的熱不均勻問(wèn)題（硅片邊緣溫度比中心低） ：?圓片邊緣接收的熱輻射比圓片中心少?圓片邊緣的熱損失比圓片中心大?氣流對(duì)圓片邊緣的冷卻效果比圓片中心好邊緣效應(yīng)造成的溫度梯度通常在幾十甚至上百度， 不僅導(dǎo)致熱處理工藝的不均勻， 且可能造成滑移等缺陷和硅片的翹曲。24 . 物理氣相淀積最基本的兩種方法是什么？簡(jiǎn)述這兩種方法制備薄膜的過(guò)程。物理氣相淀積: 蒸發(fā)Evaporation 、濺射 Sputtering熱蒸

48、發(fā)法：在真空條件下，加熱蒸發(fā)源，使原子或分子從蒸發(fā)源表面逸出，形成蒸氣流并入射到襯底表面凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。濺射概念與機(jī)理： 基本原理， 真空腔中有一個(gè)平行板等離子體反應(yīng)器， 非常類似于簡(jiǎn)單的反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)將靶材放置在具有最大離子電流的電極上， 高能離子將所要淀積的材料從靶材中轟擊出來(lái)。 靶與晶圓片相距十分近（小于10cm） ，出射原子大部分能被晶圓所收集。25 . 熱蒸發(fā)法淀積薄膜的淀積速率與哪些因素有關(guān)？淀積速率的測(cè)量采用什么辦法？簡(jiǎn)述其工作原理。淀積速率與蒸發(fā)材料溫度腔體形狀等因素有關(guān)。淀積速率通常用石英晶體速率指示儀測(cè)量。 所用器件為一個(gè)諧振板， 它可以在諧振頻率下振蕩， 工作時(shí)測(cè)量其

49、振蕩頻率。原理：因?yàn)榫w頂部有材料蒸發(fā)淀積，所外加的質(zhì)量將使得頻率偏移，由測(cè)得的頻率移動(dòng)可得出淀積速率淀積足夠厚的材料后，諧振頻率會(huì)移動(dòng)幾個(gè)百分點(diǎn)，振蕩器便會(huì)失效，不再出現(xiàn)尖銳諧振。將頻率測(cè)量系統(tǒng)的輸出與機(jī)械擋板的控制相連，淀積層厚度可以在很寬的淀積速率范圍內(nèi)得到很好的控制同時(shí)可以將淀積厚度的時(shí)間速率變化反饋給坩堝的溫度控制，以得到恒定的淀積速率。26 . 什么是濺射產(chǎn)額，其影響因素有哪些？簡(jiǎn)述這些因素對(duì)濺射產(chǎn)額產(chǎn)生的影響。平均出一以f數(shù)濺射產(chǎn)額：S=入時(shí)離尸數(shù);影響因素：離子質(zhì)量、離子能量、靶原子質(zhì)量、靶的結(jié)晶性只有當(dāng)入射離子的能量超過(guò)一定能量(濺射閾值)時(shí)，才能發(fā)生濺射，每種物質(zhì)的濺射閾值

50、與被濺射物質(zhì)的升 華熱有一定的比例關(guān)系。隨著入射離子能量的增加，濺射率先是增加，其后是一個(gè)平緩區(qū)，當(dāng)離子能量繼續(xù)增加時(shí)，濺射率反而下降 此時(shí)發(fā)生了離子注入現(xiàn)象。濺射產(chǎn)額與入射離子種類的關(guān)系：濺射產(chǎn)額S依賴于入射離子的原子量，原子量越大，則濺射率越高。濺射產(chǎn)額也與入射離子的原子序數(shù)有密切的關(guān)系，呈現(xiàn)出隨離子的原子序數(shù)周期性變化關(guān)系， 凡電子殼層建滿的元素作為入射離子，則濺射率最大。因此，惰性氣體的濺射率最高，氮通常被選為工作氣體，量被選為工作氣體的另一個(gè)原因是可以避免與靶材 料起化學(xué)反應(yīng)。濺射產(chǎn)額與入射角度的關(guān)系：濺射產(chǎn)額對(duì)角度的依賴性于靶材料及入射離子的能量密切相關(guān)。?金、鋁、銅等高濺射產(chǎn)額材

51、料一般與角度幾乎無(wú)關(guān)。?Ta和Mo等低濺射產(chǎn)額材料，在低離子能量情況下有明顯的角度關(guān)系，濺射產(chǎn)額在入射角度為40。左右冰最大。?低能量時(shí)，以不完整余弦的形式分布，最小值存在于接近垂直入射處；高能量濺射產(chǎn)額近似為：S8Mgadn £ 1% ? 5?, 8為靶的法線與入射離子速度矢量的夾角。27 .當(dāng)靶不斷遠(yuǎn)離硅片時(shí)，用濺射淀積填充窄溝槽的底部的能力是如何改變的？忽略任何氣相碰撞的影響。28 .常用濺射技術(shù)有哪幾種，簡(jiǎn)述它們的工作原理和特點(diǎn)。直流濺射惰性氣體，如氮，送入低壓下的濺射腔體，電壓加在電極上產(chǎn)生等離子體。加負(fù)直流電壓的的 是頂電極為需要淀積的源材料，例如鋁或鋁壓板，作為靶材。硅

52、片放置于底電極上，高能粒子撞擊靶材，濺射 出靶原子，這些原子以蒸汽形式自由走過(guò)等離子體撞擊到硅片表面，凝聚并形成薄膜。射頻濺射？直流濺射方法的前提之一是靶材應(yīng)具有較好的導(dǎo)電性。射頻濺射是一種能適用于各種金屬和非金屬材料的一種濺射淀積方法。在兩個(gè)電極之間接上高頻電場(chǎng)時(shí)，因?yàn)楦哳l電場(chǎng)可以經(jīng)由其他阻抗形式耦合進(jìn)入淀積室，不必要求電極一定是導(dǎo)電體。射頻方法可以在靶材上產(chǎn)生自偏壓效應(yīng). 即在射頻電場(chǎng)起作用的同時(shí)，靶材會(huì)自動(dòng)地處于一個(gè)負(fù)電位， 這7 導(dǎo)致氣體離子對(duì)其產(chǎn)生自發(fā)的轟擊和濺射。在實(shí)際應(yīng)用中，射頻濺射的交流輝光放電是在 13.56MHz下進(jìn)行的。反應(yīng)濺射采用以純金屬作為濺射靶材，但在工作氣體中通入

53、適量的活性氣體， 使其在濺射淀積的同時(shí)生 成特定的化合物，這種在淀積的同時(shí)形成化合物的濺射技術(shù)被稱為反應(yīng)濺射方法。偏壓濺射：濺射刻蝕和偏壓濺射淀積濺射刻蝕：在淀積前的一個(gè)短時(shí)間內(nèi)，將襯底和靶的電學(xué)連接相顛倒，可以使得襯底發(fā)生濺射而不是靶材 這樣可以從晶圓片表面去除自然氧化物和殘留的玷污。對(duì)于簡(jiǎn)單的磁控系統(tǒng)，如果襯底和淀積材料是導(dǎo)體，可以調(diào)節(jié)加于襯底上的相對(duì)于等離子體的偏壓。因?yàn)榫壬淇涛g的薄膜，在低偏壓下可以重新淀積于晶圓片上，因而得到臺(tái)階覆蓋的凈改善。29 .下圖是硅烷反應(yīng)淀積多晶硅的過(guò)程，寫出發(fā)生反應(yīng)的方程式，并簡(jiǎn)述其中15各步的含義。(1)反應(yīng)氣體從腔體入口向晶圓片附近輸運(yùn)；(2)這些氣體

54、反應(yīng)生成系列次生分子；(3)這些反應(yīng)物輸運(yùn)到晶圓片表面；(4)表面反應(yīng)釋放出硅；(5)氣體副產(chǎn)物解吸附；(6)副產(chǎn)物離開(kāi)晶圓片表面的輸運(yùn)；（7）副產(chǎn)物離開(kāi)反應(yīng)器的輸運(yùn)。30 .對(duì)于某種薄膜的CVD過(guò)程，淀積溫度為900 C ,質(zhì)量彳輸系數(shù)hG=10cms-1,表面反應(yīng)速率系數(shù)ks=1 M07exp（-1.9eV/kT）cms-1?，F(xiàn)有以下兩種淀積系統(tǒng)可供選擇（1）冷壁，石墨支座型；（2）熱壁，堆放硅片型 應(yīng)該選用哪種類型的淀積系統(tǒng)并簡(jiǎn)述理由。反應(yīng)室類型熱壁：反應(yīng)室腔壁與硅片及支撐件同時(shí)加熱。一般為電阻絲加熱，可精確控制反應(yīng)腔溫度和均勻性。適合對(duì)溫度控制要求苛刻的化學(xué)反應(yīng)控制淀積系統(tǒng)，腔內(nèi)各處都

55、發(fā)生薄膜生長(zhǎng)。冷壁：僅對(duì)硅片和支撐件加熱，一般采用輻照加熱和射頻加熱，升降溫快速，但溫度均勻性差，適合對(duì)溫度要求不高的質(zhì)量輸運(yùn)控制。冷壁系統(tǒng)能夠降低在側(cè)壁上的淀積，減小了反應(yīng)劑的損耗，也減小壁上顆粒剝離對(duì)淀積薄膜質(zhì)量的影響。31 . CVD淀積過(guò)程中兩個(gè)主要的限制步驟是什么？它們分別在什么情況下會(huì)支配整個(gè)淀積速率？CVD過(guò)程包括兩個(gè)部分：一、反應(yīng)劑在邊界層中的輸運(yùn)二、反應(yīng)劑在襯底表面的化學(xué)反應(yīng)存在兩種極限情況：G趨于淀積速率受表面化學(xué)反應(yīng)速率控制。反應(yīng)劑數(shù)量：主氣流輸運(yùn)到硅片表面的表面化學(xué)反應(yīng)所需要的G趨于0,淀積速率受質(zhì)量輸運(yùn)速率控制。反應(yīng)劑數(shù)量：表面化學(xué)反應(yīng)所需要的主氣流輸運(yùn)到硅片表面的低

56、溫情況下，表面化學(xué)反應(yīng)速率控制 $ 02淀積速率隨溫度的升高而成指數(shù)增加。高溫情況下，質(zhì)量輸運(yùn)控制由于反應(yīng)速度的加快，輸運(yùn)到表面的反應(yīng)劑數(shù)量低于該溫度下表面化學(xué)反應(yīng)所需要的數(shù)量，這時(shí)的淀積速率將轉(zhuǎn)為由質(zhì)量輸運(yùn)控制，基本不再隨溫度變化而變化。32 .簡(jiǎn)述 APCVD、 LPCVD、 PECVD 的特點(diǎn)。APCVD 一些最早的CVD工藝是在大氣壓下進(jìn)行的，由于反應(yīng)速率快，CVD系統(tǒng)簡(jiǎn)單，適于較厚的介質(zhì)淀積。APCVD缺點(diǎn)：臺(tái)階覆蓋性差；膜厚均勻性差；效率低。常壓下擴(kuò)散系數(shù)小，hg<<ks, APCVD 一般是由質(zhì)量輸運(yùn)控制淀積速率一個(gè)主要問(wèn)題是顆粒的形成。在氣體注入器處可能發(fā)生異質(zhì)淀積，在淀積了若干晶圓片后，顆粒變大剝落并 落在晶圓片表面。為避免這一問(wèn)題可采用多通道的噴頭設(shè)計(jì)。LPCVD 低壓化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)淀積的某些薄膜，在均勻性和臺(tái)階覆蓋等方面比APCVD系統(tǒng)的要好，而且污染也少。另外，在不使用稀釋氣體的情況下，通過(guò)降低壓強(qiáng)就可以降低氣相成核。?在LPCVD系統(tǒng)中，因?yàn)榈蛪菏沟脭U(kuò)散率增加，因此變大使得生長(zhǎng)速率受表面