半導(dǎo)體制造技術(shù)匯總題庫(kù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)答案

1、1. 分別簡(jiǎn)述RVD和GILD的原理，它們的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用方向?？焖贇庀鄵诫s(RVD, Rapid Vapor-phase Doping)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降墓虘B(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(特別是在淺結(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

2、成。雜質(zhì)分布是非理想的指數(shù)形式，類似固態(tài)擴(kuò)散，其峰值處于表面處。氣體浸沒(méi)激光摻雜(GILD: Gas Immersio n Laser Do ping) 用準(zhǔn)分子激光器(308nm) 產(chǎn) 生高能量密度(0.5 2.0J/cm2)的短脈沖(20-100ns)激光，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；同時(shí)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?態(tài)結(jié)晶體

3、的速度非常快。在結(jié)晶的同時(shí)，雜質(zhì)也進(jìn)入激活的晶格位置，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)生擴(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)散優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)管擴(kuò)散的重復(fù)性和穩(wěn)定性都很好。優(yōu)點(diǎn)；箱法擴(kuò)散的硅表面濃度基本由擴(kuò)散

4、溫度下雜質(zhì)在硅中的固溶度決(1) .開(kāi)管擴(kuò)散(2) .箱法擴(kuò)散定，均勻性較好。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。(3) .涂源法擴(kuò)散(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，其缺點(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，操作上要十分小心?？焖贇庀鄵诫s(RVD)氣體浸沒(méi)激光

5、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。 空位式：由于有晶格空位，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)晶格原子后占據(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，或擠出晶格 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)到近鄰晶格位置上，就必須通過(guò)互相換位 才能實(shí)現(xiàn)。這種換位會(huì)引起周圍晶格發(fā)生很大的畸

6、變，需要相當(dāng)大的能量，因此只有當(dāng)替位雜 質(zhì)的近鄰晶格上出現(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”晶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”硅原子變?yōu)殚g隙原子；Fran k-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)。護(hù)鯊卉式替位r空位式務(wù)動(dòng)P. Sb Al, Ga, As替位：壇愼式移動(dòng)Q, P, As填隱；閉頤式穆動(dòng)0替位t更®式移動(dòng)All合CX4. 寫出菲克第一定律和第二定律的表達(dá)式，并解釋其含義。C 雜質(zhì)濃度；D 擴(kuò)散系數(shù)（單位為cm2/s）J材料凈流量（單位時(shí)間

7、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)散流密度J正比于雜質(zhì)濃度梯度？?/?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。菲克第二定律：創(chuàng)CX -費(fèi)克第一定律：，假設(shè)擴(kuò)散系數(shù)D為常數(shù)-白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?晶粒間界存在，所以雜質(zhì)原子主要沿著晶粒間界進(jìn)行擴(kuò)散。主

8、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。所以多晶擴(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)。P rede positi on)恒定表面源擴(kuò)散(預(yù)淀積擴(kuò)散，擴(kuò)散開(kāi)始吋的初始條件表面濃度恒定無(wú)窮迂處濃度為零邊界條件CW) = C桓抿上述條件柏費(fèi)克第二g聲町得

9、卸怕定表«服護(hù)散前朵質(zhì)分布情沅g) = CJF昴亡血為余誤差址數(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。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Q(t)為：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(900-1200 C)下的固溶度所決 定，在900-1200 C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 )邊畀條件匚”(") = 42門眩認(rèn)”擴(kuò)觸論度運(yùn)人于雜氏刼

10、始分方宜夏=0吉面處雜庾液度梯度為0£ cg A必=Q-常數(shù)雜質(zhì)皂&為Qt矣克第二宏律的祈,QX：Qvji =cxp(-=> nJQ4 DrCs隨時(shí)間而降低:與恒定表面源擴(kuò)散不同,有限表面源擴(kuò)散的表面濃度雜質(zhì)分布形式散溫度相同時(shí)，擴(kuò)散時(shí)間 越長(zhǎng)，雜質(zhì)擴(kuò)散的越深， 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900-1200 C,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)

11、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)散的目的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)基本按咼斯函數(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Q cm -2。（1

12、） 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 3Q cm -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%。若已知預(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. 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。SiO2。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

13、，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)密度減小；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900-1200 °C,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。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薄膜基本上都是采用這種方法。SiO2 。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)(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

14、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95 C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， SiO2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+O2f H2O采用高溫合成技術(shù)

15、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)<30?制備深亞微米器件的柵極氧化層，非常薄在實(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SiO2表面和Si-SiO 2界面質(zhì)量，又解決了生長(zhǎng)效率的問(wèn)題。10. 說(shuō)明Si02的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并簡(jiǎn)述結(jié)晶型 Si02和無(wú)定形Si02的區(qū)別。結(jié)晶形Si0 2由Si-0四面體在空間規(guī)則排列構(gòu)成每個(gè)頂角的 0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Si02 Si-0四面體的空

16、間排列沒(méi)有規(guī)律 Si-0-Si鍵橋的角度不固定，在110-180 ° 之間，峰值144。無(wú)定形Si02的性質(zhì)：Si-0四面體在空間的排列無(wú)規(guī)則，大部分0與相鄰的兩個(gè)Si-0四面體的Si形成共價(jià)鍵 （稱為橋鍵氧），也有一部分只與一個(gè)Si-0四面體的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，Si02分子約占無(wú)定形網(wǎng)絡(luò)空間體積43%，密度 2.15-2.25g/cm3 ，結(jié)晶形 Si02 密度為 2.65g/cm3；在無(wú)定形Si02網(wǎng)絡(luò)中，氧的運(yùn)動(dòng)（1-2個(gè)Si-0鍵）比Si（4個(gè)Si-0鍵）容易；室溫下Si-0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

17、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/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)：衛(wèi)a十的/F r /y,（ S遲）亠2 " Q$遲+=仏011.以P205為例說(shuō)明Si02的掩蔽過(guò)程。A以P2O5雜質(zhì)源為例來(lái)說(shuō)明SiC2的掩蔽過(guò) 程：當(dāng)P2O5與SiQ接觸時(shí)，SiQ就轉(zhuǎn)變 為含磷的玻璃體。

18、(a) 擴(kuò)散剛開(kāi)始，只有靠近表面的 SiQ 轉(zhuǎn)變?yōu)楹椎牟Ａw。(b) 大部分SiQ層已轉(zhuǎn)變?yōu)楹椎牟Ａ?體。(C)整個(gè)SiQ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，SiQ層保護(hù)的硅中磷已經(jīng) 擴(kuò)進(jìn)一定深度。W M'10£r12.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)的化合物，其結(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 Si:O:H + H:O:Si網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成者 一些雜質(zhì)會(huì)被有意摻入熱淀積 SiO2中，用來(lái)

19、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形成共價(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 O形成橋鍵O，因此SiO2網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度增加。網(wǎng)絡(luò)改變者一一存在于 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)

20、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+ SSi-O-Si S Si -O" + O Si S+ 2 Na +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)氧化劑從氣體內(nèi)部以擴(kuò)散形式穿過(guò)滯留層運(yùn)動(dòng)到氣體 -SiO 2界面，其流密度用J1表示。 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

21、。(3) 氧化劑在Si表面與Si反應(yīng)生成SiO 2，流密度用J3表示。過(guò)程一：蓋擴(kuò)散穿越氣體滯留層的過(guò)程 疋干潦量可以根據(jù)費(fèi)克第一定律寫出AB：J,，Q 仝JC =-=生A 1其M為或:：;玆曼常數(shù)，幾冷霾化爐屮軌&羽分壓強(qiáng)* 港慮某些工體門會(huì)冉穿過(guò)矢部分滯留曇S保田卜采，罠用卜一置表達(dá)更為帶班I丿廣幾代(q-匚)具中耳為覽量角運(yùn)系教 過(guò)程二=£穿過(guò)已生長(zhǎng)的氧化濮的擴(kuò)散 氧化曇表畋附的氧起氧蕭的fr用a應(yīng)帝|起氧漏'.CJ的作 用，建立起葩功擴(kuò)散所連的派墮攜C -C厶-上-Lex其中*世洱蟲(chóng)任弘h中的擴(kuò)畝系數(shù).過(guò)程三：氧與硅反應(yīng)生成二氧化硅疫應(yīng);率弘漩量與氧灘度成上比

22、：厶W此C|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 , CO - HPg，氧化劑 以擴(kuò)散方式通過(guò)SiO2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 C。此時(shí)，SiO2的生長(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

23、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。蘭氮化刑在引中的護(hù)散系數(shù)D5i療很小時(shí)J,則 得Ci-0 GFl® 氟化刑以護(hù)散方式ffl過(guò)引層運(yùn)動(dòng) 割! SiO-Si界血處的數(shù)S聶女少.與$:1立W發(fā)生反血生或 SiO,枉界而處沒(méi)有氧化刑的堆積.濃度趟于畬.丙擴(kuò) Bic速度衣慢.而大量賓化刑堆積在耳6的茨而處，濃度 趨向于同氣相平湊時(shí)的濃ece此時(shí).Mid的生長(zhǎng)速率 主5由«化笊任Si 中的護(hù)gi速度決宦.祐為擴(kuò)散控制.如果擴(kuò)a系數(shù)WoJ艮大、此時(shí)進(jìn) 入Sid中的氟化M快速護(hù)®忌界

24、面如 在界而處 弐化村與Si.3j應(yīng)生成Sid的速率很慢.適或氧化剤?jiān)诮?而處堆積，趙向于Si a#而tt的濃度.此時(shí)，5ia主長(zhǎng) 速率由Si表而的化學(xué)反應(yīng)速墜控市肌稱為反應(yīng)挖劇.A 產(chǎn)沌yul Keacliuit rabt cun trailed1Uifruiurik funirulkd14. 說(shuō)明影響氧化速率的因素。CO=HPg，而拋物型速率常1 ）氧化劑分壓因?yàn)槠胶馇闆r下，SiO2中氧化劑的濃度數(shù)B=2D SiO2 C0/N 1，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成正比關(guān)系。A與氧化劑分壓無(wú)關(guān)。2）氧化溫度產(chǎn)生的。由B = 2D對(duì)線性速率系數(shù)

25、B/A的影響和水汽氧化都是指數(shù)關(guān)系，激活能分別為1.83eV的能量值，說(shuō)明支配線性速率常數(shù) 系為：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 SiO2 C0/N 1可知，B與溫度之間也是指數(shù)關(guān)系。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2.00eV和1.96eV，其值接近Si-Si鍵斷裂所需要的B/A其中，ks=k soexp(-E a/kT)的主要因素是化學(xué)反應(yīng)常數(shù)ks，ks與溫度的關(guān) ksO為實(shí)驗(yàn)常數(shù)，Ea為化學(xué)激活能。因?yàn)锽、B/A均與Pg成正比，那么在一定氧化條件下，通過(guò)改變氧化劑分壓可達(dá)到改變二 氧化硅生長(zhǎng)速率的目的。拋物型氧化速率常數(shù)B，B的大小只

26、與氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散能力有關(guān).與硅襯底晶向無(wú)關(guān)，這是因?yàn)樵谘趸瘎毫σ灰?）晶向 定的條件下，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>>k s,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)?SiO2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）面上的硅原子密度比（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/硼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：

27、加速反應(yīng)Si-0鍵能為4.25eV，Si-Cl鍵能為0.5eV。氯氣與Si反應(yīng)生成的SiCI4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 V I，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 v 1，且

28、在SiO2中是快擴(kuò)散的雜質(zhì)。因?yàn)榇罅康碾s質(zhì)通過(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，在 H2氣氛中的硼就屬于這種情況。 m > 1，且在SiO 2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 >I，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表面進(jìn)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，鎵就是屬于這種類型的雜

29、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)程也同樣使硅表面雜質(zhì)濃度 降低。這是因?yàn)橐粋€(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k=1.38 X10-23 。消耗一定數(shù)量的雜質(zhì)，以補(bǔ)償增加的 SiO2體積所需要的雜質(zhì)。氧化工藝BB/A干氧C1=7.72*10 2 um2h-1; E1=1.23e/C2=6.23*1O 6 m2 h-1 ; E2= 2.00濕氧C1=2.14*10 2 m2 h-1; E1 =0.71 eC2 =8.95*10 7 m

30、2 h-1; E2 =2.05e16. 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)(1 )在1200 C下，采用H2O氧化，使厚度增加0.5um 需要多少時(shí)間？。(2)在1200 C下，采用干氧氧化，增加同樣的厚度需要多少時(shí)間？V10. Si-SiO2界面電荷有哪幾種？簡(jiǎn)述其來(lái)源及處理辦法。，©）*住層昭陸電背4/I14住總6|庫(kù)電冊(cè)1©（1Qg可動(dòng)離子電荷Qa氧化層陷阱電荷Of氧化層固定出荷SiQu界面陥阱電荷主要來(lái)源于Na+等網(wǎng)絡(luò)改變者。可動(dòng)離子電荷Qm來(lái)源：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

31、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）。扭曲的硅-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 SiO 2結(jié)構(gòu)。為抗輻照，氧化最佳工藝條件，常用1000 °C干氧氧化。 在惰性氣體中進(jìn)行低溫退火（15

32、0-400 C河以減少電離輻射陷阱。 采用對(duì)輻照不靈敏的鈍化層，例如 A1 2O3，Si3N4等。氧化層固定電荷Qf來(lái)源：通常是由Si-SiO 2之間過(guò)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)程中與晶格脫開(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)。來(lái)源：界面處存在的不完整化合價(jià)及不飽和鍵，使得電子和空穴可界面陷阱電荷Qit 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

33、藝可以有效減少界面態(tài)密度。16數(shù)字標(biāo)識(shí)部分的名稱，簡(jiǎn)述其作用。11 .下圖為一個(gè)典型的離子注入系統(tǒng)。（1）給出（2）闡述部件2的工作原理。1.離子源6.法拉第杯作用：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

34、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)作用大小不同， 最后在特定位置采用一個(gè)狹縫，可以將所需的離子分離出來(lái)。任質(zhì)量分祈器腔體屮有足離子速度.g是離子斫帯的屯荷S, M是吏于質(zhì)a, B是磴場(chǎng)強(qiáng)度廠是曲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)不能達(dá)到靶室原理：用一靜電偏轉(zhuǎn)板使離子束偏轉(zhuǎn)

35、 50-8 0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。 粒子束在丫方向作電掃描，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，并失去一定的能量。 子碰撞 注入離子與靶內(nèi)自

36、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。在輕離子、高龍星注入條 件下占主導(dǎo)核阻滯當(dāng)能a較低時(shí).et,九T； a能fi較高時(shí)£ El, sHNjr"In I IINI= NwIimt Ulippng 4ns比啊嚴(yán)甲ICC frtHgvgwAawl £ 再aiH杵卞占主導(dǎo)Hsa常見(jiàn)雜質(zhì)的

37、63;n和弘與注入能呈的次殺Sn在臬能量處右晟大位 血片離低濟(jì)鼻注入條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：J L竊 r % -(peak concentration=J zjxItZv = >/2不厲加尺滬其中，Rp為投影射程，Rp為投影射程的標(biāo)準(zhǔn)偏差，©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。

38、射程估算：Ec大很多，則離子在靶內(nèi)主要以電子阻止形式損失能量， 可按下式估算如果注入離子能量比射程：R ?/?EvvE c ,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)如果注入離子的能量 式為：R ?型Si襯底內(nèi)，能量75eV，劑量為1 X1014cm -2。硅片相對(duì)于離子束14. As注入到輕摻雜的 P做7°傾斜，使其貌似非晶。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 子濃度為多少？所需參數(shù)可參考下圖。K*(taV>ttlOceV15. 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

39、平面內(nèi)的分布情況。的橫向效應(yīng)更大，因?yàn)橘|(zhì)量小的離子速度更橫向效應(yīng)與注入離子的種類和離子能量有關(guān)。高，與靶材原子作用時(shí)間短。82-OOOS0000-8S_沁匕V注入建中AA FJiS0M怕T等歧（時(shí)以不同Sts向星入 S0UV IQOtcV 150 teV200 irV16. 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？?非對(duì)稱性常用偏斜度丫（skewness）表示：尸壬? 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)域濃度增加。畸變用峭度P （kurtosis）表示：p = ?|,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 0LSS的理論是呈標(biāo)準(zhǔn)的高斯

40、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)晶格造成簡(jiǎn)單晶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 nn eli ng )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，

41、 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. 注入前破壞晶格結(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 A葉注入，使硅表面非晶化(3 )非晶層散射：表面生長(zhǎng) 200250?二氧化硅(Screen Oxide)，使入射離子進(jìn)入硅晶體 前方向無(wú)序化

42、(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)題一一射程末端缺陷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

43、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。tnk”十"1"屮心丿1 ? / 2 /z /J*F 丿1,ni 嚴(yán):/ .J t亠ijJtlll' /Si : /-1 f 1 &t1| KIHILCVO兒二n*fiLJ.1h" 4arj "qh?run cm 而S'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

44、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500-600 C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?子非常小，和缺陷團(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m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自身空位的產(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

45、位位置，硼的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/cm 2，800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1X10 15/cm 2和5X10 15/cm 2時(shí)所形成的非晶層，退火溫度在 600 C左右，低于劑量 為1014左右沒(méi)有形成非晶層時(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

46、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)合到晶 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)？）。RTP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（Thermal BudgetRTP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

47、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，難以控制 PN結(jié)結(jié)深。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 C/秒，而傳統(tǒng)爐管的升、降溫速度 為5-5

48、0 C /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)砷進(jìn)行數(shù)毫秒的退火，它的激活濃度可達(dá)到3 X1021左右，大約是其固溶度的10倍。因?yàn)?，在短時(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）

49、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

50、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GaAs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

51、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

52、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。平均出射原子數(shù)濺射產(chǎn)額：S=；入射離子數(shù)

53、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, 凡電子殼層填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，氬通常被選為工作氣體，氬被選為工作氣體的另一個(gè)原因是

54、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、鉑、銅等高濺射產(chǎn)額材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 °左右時(shí)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?羽?似為：S *?嬴，0為靶的法線與入射離子速度矢量的夾角。 r r r r r Y " 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

55、和特點(diǎn)。直流濺射惰性氣體，如氬，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。射頻濺射一一 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，這將導(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)濺射一一采用以純金屬作為濺射靶材，但在工作氣體中通入適量的活性氣體，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)