半導(dǎo)體制造技術(shù)題庫答案

1、1. 分別簡述RVD和GILD的原理，它們的優(yōu)缺點及應(yīng)用方向。快速氣相摻雜(RVD, Rapid Vapor-phase Doping) 利用快速熱處理過程(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)行固相擴散，完成摻雜目的。同普通擴散爐中的摻雜不同，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)勢是：它并不受注入所帶來的一些效應(yīng)的影響；對于選擇擴散來說，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。雜

2、質(zhì)分布是非理想的指數(shù)形式，類似固態(tài)擴散，其峰值處于表面處。氣體浸沒激光摻雜(GILD: Gas Immersion Laser Doping) 用準(zhǔn)分子激光器(308nm) 產(chǎn)生高能量密度(0.52.0J/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；通過液相擴散，雜質(zhì)原子進(jìn)入這個很薄的液體層，溶解在液體層中的雜質(zhì)擴散速度比在固體中高八個數(shù)量級以上，因而雜質(zhì)快速并均勻地擴散到整個熔化層中。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)晶體的速度非常快。在結(jié)晶的

3、同時，雜質(zhì)也進(jìn)入激活的晶格位置，不需要近一步退火過程，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)，不會發(fā)生擴散現(xiàn)象，體內(nèi)的雜質(zhì)分布沒有受到任何擾動。硅表面溶化層的深度由激光束的能量和脈沖時間所決定。因此，可根據(jù)需要控制激光能量密度和脈沖時間達(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的擴散工藝？各有什么優(yōu)缺點？擴散工藝分類：按原始雜質(zhì)源在室溫下的相態(tài)分類，可分為固態(tài)源擴散，液態(tài)源擴散和氣態(tài)源擴散。固態(tài)源擴散(1). 開管擴散® 優(yōu)點：開管擴散的重復(fù)性和穩(wěn)定性都很好。(2). 箱法擴散 優(yōu)點；箱法擴散

4、的硅表面濃度基本由擴散溫度下雜質(zhì)在硅中的固溶度決定，均勻性較好。 (3). 涂源法擴散 缺點：這種擴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，其缺點是多了一道工序。液態(tài)源擴散 液態(tài)源擴散優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，操作方便，成本低，效率高，重復(fù)性和均勻性都很好。擴散過程中應(yīng)準(zhǔn)確控制爐溫、擴散時間、氣體流量和源溫等。源瓶的密封性要好，擴散系統(tǒng)不能漏氣。氣態(tài)源擴散 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。快速氣相摻雜(RVD)氣體浸沒激光摻雜(GI

5、LD)3. 雜質(zhì)原子的擴散方式有哪幾種？它們各自發(fā)生的條件是什么？從原子擴散的角度舉例說明氧化增強擴散和氧化阻滯擴散的機理。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窨瘴唬噜徳幽芤苿舆^來。填隙式：在空隙中的原子擠開晶格原子后占據(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：替位式擴散；填隙式擴散。替位式擴散如果替位雜質(zhì)的近鄰沒有空位則替位雜質(zhì)要運動到近鄰晶格位置上，就必須通過互相換位才能實現(xiàn)。這種換位會引起周圍晶格發(fā)生很大的畸變，需要相當(dāng)大的能量，因此

6、只有當(dāng)替位雜質(zhì)的近鄰晶格上出現(xiàn)空位，替位式擴散才比較容易發(fā)生。填隙型擴散Ø擠出機制：雜質(zhì)在運動過程中 “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；Frank-Turnbull機制：也可能被 “踢出”的雜質(zhì)以間隙方式進(jìn)行擴散運動。當(dāng)它遇到空位時可被俘獲，成為替位雜質(zhì)。4. 寫出菲克第一定律和第二定律的表達(dá)式，并解釋其含義。費克第一定律: C 雜質(zhì)濃度; D 擴散系數(shù)(單位為cm2/s)J 材料凈流量（單位時間內(nèi)流過單位面積的原子個數(shù)）解釋：如果在一個有限的基體中雜質(zhì)濃度C(x, t)存在梯度分布，則雜質(zhì)將會產(chǎn)生擴散運動，雜質(zhì)的擴散流密度J 正比于

7、雜質(zhì)濃度梯度C/x，比例系數(shù)D定義為雜質(zhì)在基體中的擴散系數(shù)。雜質(zhì)的擴散方向是使雜質(zhì)濃度梯度變小。如果擴散時間足夠長，則雜質(zhì)分布逐漸變得均勻。當(dāng)濃度梯度變小時，擴散減緩。D依賴于擴散溫度、雜質(zhì)的類型以及雜質(zhì)濃度等。菲克第二定律: ，假設(shè)擴散系數(shù)D為常數(shù)5. 以 P2O5為例，多晶硅中雜質(zhì)擴散的方式及分布情況。 在多晶硅薄膜中進(jìn)行雜質(zhì)擴散的擴散方式與單晶硅中的方式是不同的，因為多晶硅中有晶粒間界存在，所以雜質(zhì)原子主要沿著晶粒間界進(jìn)行擴散。主要有三種擴散模式：晶粒尺寸較小或晶粒內(nèi)的擴散較快，以至從兩邊晶粒間界向晶粒內(nèi)的擴散相互重疊，形成如圖A類分布。晶粒較大或晶粒內(nèi)的擴散較慢，所以離晶粒間界較遠(yuǎn)處雜

8、質(zhì)原子很少，形成如圖B類分布。與晶粒間界擴散相比，晶粒內(nèi)的擴散可以忽略不計，因此形成如圖C類分布。所以多晶擴散要比單晶擴散快得多，其擴散速度一般要大兩個數(shù)量級。6. 分別寫出恒定表面源擴散和有限表面源擴散的邊界條件、初始條件、擴散雜質(zhì)的分布函數(shù)，簡述這兩種擴散的特點。恒定表面源擴散（預(yù)淀積擴散，predeposition）在表面濃度Cs一定的情況下，擴散時間越長，雜質(zhì)擴散的就越深，擴到硅內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量也就越多。如果擴散時間為t，那么通過單位表面積擴散到Si片內(nèi)部的雜質(zhì)數(shù)量Q(t)為： 恒定源擴散，其表面雜質(zhì)濃度Cs基本上由該雜質(zhì)在擴散溫度(900-1200)下的固溶度所決定，在900-1200范

9、圍內(nèi)，固溶度隨溫度變化不大，很難通過改變溫度來達(dá)到控制表面濃度Cs的目的，這是該擴散方法的不足之處。有限表面源擴散（推進(jìn)擴散，drive-in）雜質(zhì)分布形式 散溫度相同時，擴散時間越長，雜質(zhì)擴散的越深，表面濃度越低。擴散時間相同時，擴散溫度越高，雜質(zhì)擴散的越深，表面濃度下降越多。與恒定表面源擴散不同，有限表面源擴散的表面濃度Cs隨時間而降低： 7. 什么是兩步擴散工藝，其兩步擴散的目的分別是什么？實際的擴散溫度一般為900-1200，在這個溫度范圍內(nèi)，雜質(zhì)在硅中的固溶度隨溫度變化不大，采用恒定表面源擴散很難通過改變溫度來控制表面濃度，而且很難得到低表面濃度的雜質(zhì)分布形式。兩步擴散：采用兩種擴散

10、結(jié)合的方式。第一步稱為預(yù)擴散或者預(yù)淀積：在較低溫度下，采用恒定表面源擴散方式。在硅片表面擴散一層數(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，且時間較短，雜質(zhì)擴散的很淺，可認(rèn)為雜質(zhì)是均勻分布在一薄層內(nèi)，目的是為了控制擴散雜質(zhì)的數(shù)量。第二步稱為主擴散或者再分布：將由預(yù)擴散引入的雜質(zhì)作為擴散源，在較高溫度下進(jìn)行擴散。主擴散的目的是為了控制表面濃度和擴散深度。兩步擴散后的雜質(zhì)最終分布形式： D預(yù)t預(yù)<<D主t主，主擴散起決定作用，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)淀積擴散，從摻雜玻璃源引入的雜質(zhì)總劑量為Q cm-2。（1）如果這次預(yù)淀積進(jìn)行了總共t分鐘，若預(yù)

11、淀積溫度不變，引入3Q cm-2的雜質(zhì)需要多長時間？（2）預(yù)淀積后再進(jìn)行推進(jìn)擴散，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)淀積過程中的(Dt)predop，推導(dǎo)出推進(jìn)擴散過程中(Dt)drive-in的表達(dá)式。9. 簡述幾種常用的氧化方法及其特點。制備SiO2的方法有很多，熱分解淀積、濺射、真空蒸發(fā)、陽極氧化法、化學(xué)氣相淀積、熱氧化法等。熱生長法制備的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：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

12、的影響；降低Si表面的懸掛鍵，使表面態(tài)密度減?。缓芎玫乜刂平缑嫦葳搴凸潭姾?。(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，為了防止外部氣體的玷污，爐內(nèi)氣體壓力應(yīng)比一個大氣壓稍高些，可通過氣體流速來控制。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)致密、干燥、均勻性和重復(fù)性好，掩蔽能力強，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。缺點：干氧氧化法的生長速率慢，所以經(jīng)常同濕氧氧化方法相結(jié)合生長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界面或者以擴散方式通過SiO2層“逃離” 。因為水比氧氣在SiO2中

13、有更高的擴散系數(shù)和大得多的溶解度，所以水汽氧化的生長速率一般比較高。+(3). 濕氧氧化 濕氧氧化的氧化劑是通過高純水的氧氣，高純水一般被加熱到95左右。通過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+O2H2O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。

14、(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<30Å在實際生產(chǎn)中，根據(jù)要求選擇干氧氧化、水汽氧化或濕氧氧化。對于制備較厚的SiO2層來說，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-SiO2界面質(zhì)量，又解決了生長效率的問題。10. 說明 SiO2的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并簡述結(jié)晶型 SiO2和無定形 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)成每個頂角的O原子與兩個相鄰四面體中心的Si原子形成共價鍵。無定形SiO2Si-O四面體的空間排列沒有規(guī)律Si-O-Si鍵橋的角度不固定，在110-180°

15、之間，峰值144°。無定形SiO2的性質(zhì)：² Si-O四面體在空間的排列無規(guī)則，大部分O與相鄰的兩個Si-O四面體的Si形成共價鍵（稱為橋鍵氧），也有一部分只與一個Si-O四面體的Si形成共價鍵（稱為非橋鍵氧）；² 無定形網(wǎng)絡(luò)疏松、不均勻、有孔洞，SiO2分子約占無定形網(wǎng)絡(luò)空間體積43%，密度2.15-2.25g/cm3，結(jié)晶形SiO2密度為2.65g/cm3；² 在無定形SiO2網(wǎng)絡(luò)中，氧的運動(1-2個Si-O鍵)比Si(4個Si-O鍵)容易；² 室溫下Si-O鍵以共價鍵為主，也含有離子鍵成份，隨溫度的升高，離子鍵成份比例增大。²

16、 密度：一般為2.20g/cm3（無定形，一般用稱量法測量）；² 折射率：是波長的函數(shù)，5500Å左右時為1.46，密度較大則折射率較大；² 電阻率：高溫干氧氧化法制備的SiO2電阻率高達(dá)1016·cm；² 介電強度：單位厚度的SiO2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 ；² 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)：11. 以 P2O5為例說明 SiO2的掩蔽過程。以P2O5雜質(zhì)源為例來說明SiO2的掩蔽過程：當(dāng) P2O5 與 SiO2 接觸時， SiO2 就轉(zhuǎn)變?yōu)楹椎?/p>

17、玻璃體。(a) 擴散剛開始，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w。(c) 整個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)過一定時間，SiO2層保護(hù)的硅中磷已經(jīng)擴進(jìn)一定深度。 12. 簡述雜質(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。如果氧化層在生長中有水存在，一種可能發(fā)生的反應(yīng)是一個氧橋還原為兩個氫氧基。Si:O:Si Si:O:H + H:O:Si網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成者 一些雜質(zhì)會被有意摻入熱淀積SiO2中，用來改善它的物理性質(zhì)和電

18、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)有氧橋和無氧橋的比例，使得SiO2的強度上升或者下降。當(dāng)B替代Si之后，頂角上的四個O只有三個O可以同B形成共價鍵，剩余的一個O因無法與中心的B形成共價鍵，而變成了非橋鍵O ，因此SiO2網(wǎng)絡(luò)中非橋鍵O增加，強度下降。當(dāng)P替代Si之后，與原有的四個O形成共價鍵，還多余一個價電子，這個多余的價電子還可以與近鄰的一個非橋鍵O形成橋鍵O ，因此SiO2網(wǎng)絡(luò)強度增加。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。

19、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+ Si-O-Si Si O- + OSi+ 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)的強度減弱。13. 簡述常規(guī)熱氧化辦法制備 SiO2介質(zhì)薄膜的動力學(xué)過程， 并說明在什么情況下氧化過程由反應(yīng)控制或擴散控制。迪爾-格羅夫氧化模型可以很好地預(yù)測氧化層厚度，熱氧化過程主要分為以下三個過程:(1)氧化劑從氣體內(nèi)部以擴散形式穿過滯留層運動到氣體-SiO2界面，其流密度用J1表示。(2)氧化劑以擴散方式穿過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

20、J3表示。當(dāng)氧化劑在SiO2中的擴散系數(shù)DSiO2很小時(D<<kstox)，則得Ci0，C0HPg，氧化劑以擴散方式通過SiO2層運動到SiO2-Si界面處的數(shù)量極少，與Si立即發(fā)生反應(yīng)生成SiO2 ，在界面處沒有氧化劑的堆積，濃度趨于零。因擴散速度太慢，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的濃度C。此時，SiO2的生長速率主要由氧化劑在SiO2中的擴散速度決定，稱為擴散控制。如果擴散系數(shù)DSiO2很大，Ci=C0 =HPg/(1+ks/h)。此時，進(jìn)入SiO2中的氧化劑快速擴散到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

21、劑在界面處堆積，趨向于SiO2表面處的濃度。此時，SiO2生長速率由Si表面的化學(xué)反應(yīng)速率控制，稱為反應(yīng)控制。14. 說明影響氧化速率的因素。1）氧化劑分壓 因為平衡情況下，SiO2中氧化劑的濃度C0=HPg，而拋物型速率常數(shù)B=2DSiO2C0/N1，所以氣體中的氧化劑分壓Pg是通過氧化劑的濃度對速率常數(shù)B產(chǎn)生影響，B與Pg成正比關(guān)系。A與氧化劑分壓無關(guān)。因為B、B/A均與Pg成正比，那么在一定氧化條件下，通過改變氧化劑分壓可達(dá)到改變二氧化硅生長速率的目的。2）氧化溫度 對拋物線性速率系數(shù)B的影響是通過氧化劑在SiO2中擴散系數(shù)DSiO2產(chǎn)生的。由B2DSiO2C0N1可知，B與溫度之間也是

22、指數(shù)關(guān)系。對線性速率系數(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，說明支配線性速率常數(shù)B/A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為實驗常數(shù)，Ea為化學(xué)激活能。3）晶向 拋物型氧化速率常數(shù)B，與硅襯底晶向無關(guān)，這是因為在氧化劑壓力一定的條件下，B的大小只與氧化劑在SiO2中的擴散能力有關(guān). 線性氧化速率常數(shù)B/A則強烈地依賴于晶面的取向，因為在氧化劑分壓不是很低時氣相質(zhì)量輸運系數(shù) h>>

23、;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: 加速反應(yīng) Si-O鍵能為4.25eV，Si-Cl鍵能為0.5eV。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

24、子反應(yīng)生成揮發(fā)性的金屬氯化物，起到清潔作用。15. 簡述在熱氧化過程中雜質(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)ml，且在SiO2中是慢擴散的雜質(zhì)，也就是說在分凝過程中雜質(zhì)通過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。m1，且在SiO2中是快擴散的雜質(zhì)。因為大量的雜質(zhì)通過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。m1

25、，且在SiO2中慢擴散的雜質(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)。ml，且在SiO2中快擴散的雜質(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質(zhì)。對于m1，而且也沒有雜質(zhì)從SiO2表面逸散的情況，熱氧化過程也同樣使硅表面雜質(zhì)濃度降低。這是因為一個體積的硅經(jīng)過熱氧化之后轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€多體積的SiO2，由此，要使界面兩邊具有相等的雜質(zhì)濃度(m1)，那么雜質(zhì)必定要從高濃度硅中向低濃度SiO2中擴散，即硅中要消耗一定

26、數(shù)量的雜質(zhì)，以補償增加的SiO2體積所需要的雜質(zhì)。16. 一片硅片由 0.3um厚的 SiO2薄膜覆蓋。所需數(shù)據(jù)見下表，玻爾茲曼常數(shù) k=1.38×10-23。（1）在 1200下，采用 H2O 氧化，使厚度增加 0.5um 需要多少時間？。（2）在 1200下，采用干氧氧化，增加同樣的厚度需要多少時間？氧化工藝BB/A干氧C1=7.72*102m2h-1; E1=1.23eVC2=6.23*106m2 h-1; E2= 2.0eV濕氧C1=2.14*102m2 h-1; E1=0.71 eVC2=8.95*107m2 h-1; E2=2.05eVH2OC1=3.86*102m2 h

27、-1; E1=0.78 eVC2=1.63*108m2 h-1; E2=2.05 eV10. Si-SiO2界面電荷有哪幾種？簡述其來源及處理辦法?？蓜与x子電荷Qm Ø來源：主要來源于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

28、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SiO2結(jié)構(gòu)。為抗輻照，氧化最佳工藝條件，常用1000干氧氧化。在惰性氣體中進(jìn)行低溫退火(150-400)可以減少電離輻射陷阱。采用對輻照不靈敏的鈍化層，例如A12O3，Si3N4等。氧化層固定電荷Qf Ø 來源：通常是由Si-SiO2之間過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)改變引起的。該區(qū)中存在有過剩的硅離子，在氧化過程中與晶格脫開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，說明了這種效應(yīng)。界面

29、陷阱電荷Qit Ø來源：界面處存在的不完整化合價及不飽和鍵，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下圖為一個典型的離子注入系統(tǒng)。（1）給出 16 數(shù)字標(biāo)識部分的名稱，簡述其作用。（2）闡述部件 2 的工作原理。1.離子源 2.分析磁塊 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

30、，電子振蕩，濺射氣體流入一個放電腔室，熱燈絲發(fā)射的電子與氣體分子碰撞，當(dāng)能量足夠大時，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原理：帶電離子在磁場中受洛倫磁力作用，運動軌跡發(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+，這樣的過程通常由一個分析磁鐵完成。離子束進(jìn)入一個低壓腔體內(nèi)，該腔體內(nèi)的磁場方向垂直于離子束的速度方向，利用磁場對荷質(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狹縫，可以將所需的離子分離出來。3.加速器作用：使離子獲得所需的能量。原理：利用強電場，使離子獲得更大的速度加速器的主要作用是使離子增

31、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圓斑或長條狀，然后束進(jìn)入一個線性靜電加速器，加速器沿加速管的長度方向建立一個電場來改變離子的能量。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)5º-8º作用再進(jìn)入靶室5.掃描系統(tǒng)作用：使離子在整個靶片上均勻注入。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方向作機械運動。粒子束靜止，靶片在X,Y方向作機械運動。6.法拉第杯作用：收集束流測量注入劑量原理：收集到的束流對時間進(jìn)行積分得到束流的大小信息12. 離子在靶內(nèi)運動時，損失能量

32、可分核阻滯和電子阻滯，解釋什么是核阻滯、電子阻滯？兩種阻滯本領(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，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)自由電子以及束縛電子之間的碰撞，這種碰撞能瞬時地形成電子-空穴對。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，也就是說每次碰撞都不會改變注入離子的動量，雖然經(jīng)過多次散射，注入離子運動方向基本不變。在一級近似下，核阻止本領(lǐng)與能量無關(guān)；電子阻止本領(lǐng)與能量的平方根成正比。13. 采用無定形掩

33、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，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。由于離子注入過程的統(tǒng)計特性，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：RK1E1/2如果注入離子的能量E<<E 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)式

34、為：RK2E14. As 注入到輕摻雜的 P 型 Si 襯底內(nèi)，能量 75eV，劑量為 1×1014cm-2。硅片相對于離子束做 7°傾斜，使其貌似非晶。假設(shè)對注入?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。15. 什么是離子注入的橫向效應(yīng)？同等能量注入時，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，因為質(zhì)量小的離子速度更高，與靶材原子作用時間短。16. 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？非對稱性常用偏斜度(s

35、kewness)表示 ：= m3Rp3，為負(fù)值表明雜質(zhì)分布在表面一側(cè)的濃度增加，即xRp區(qū)域濃度增加?；冇们投?kurtosis)表示：=m4Rp4，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)會不同程度地偏離對稱的高斯分布。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)熱擴散的溫度，然而，雜質(zhì)縱向分布仍會出現(xiàn)高斯展寬與拖尾現(xiàn)象，解釋其原因。ü 離子注入后會對晶格造成簡單晶格損傷和非晶層形成；ü 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，使擴散系數(shù)增大，擴散效應(yīng)增強；故，雖然熱

36、退火溫度低于熱擴散溫度，但雜質(zhì)的擴散也是非常明顯的，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)（Channeling）和臨界角？怎樣避免溝道效應(yīng)？溝道效應(yīng)：對晶體靶進(jìn)行離子注入，當(dāng)離子速度方向平行于主晶軸時，將很少受到核碰撞，離子將沿溝道運動，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)生很長的拖尾，對于輕原子注入到重原子靶時，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序化，但會將部分氧

37、注入晶體。（1）偏軸注入：一般選取5°7°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，使硅表面非晶化（3）非晶層散射：表面生長200250Å二氧化硅(Screen Oxide) ，使入射離子進(jìn)入硅晶體前方向無序化（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或共晶點溫度下外延再結(jié)晶的過程。固相外延存在問題射程末端缺陷EOR高劑量注入促使硅非晶化，而穩(wěn)定的位錯環(huán)是高劑量注入的一個突出特點，非晶區(qū)以固相外延方式生長

38、后，位錯環(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。若位錯環(huán)位于PN結(jié)耗盡區(qū)附近，會產(chǎn)生大的漏電流。位錯環(huán)與金屬雜質(zhì)結(jié)合時更嚴(yán)重。p選擇的退火過程應(yīng)當(dāng)能夠產(chǎn)生足夠的雜質(zhì)擴散，使位錯環(huán)處于高摻雜區(qū)，同時又被阻擋在器件工作時的耗盡區(qū)之外。20. 簡述硼和磷的退火特性。PSi 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 對于低劑量的情況，隨退火溫度上升，電激活比例增大。對于高劑量情況，可以把退火溫度分為三個區(qū)域：在區(qū)域I中，隨退火溫度

39、上升，點缺陷的移動能力增強，因此間隙硼和硅原子與空位的復(fù)合幾率增加，使點缺陷消失，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的范圍內(nèi)，點缺陷通過重新組合或結(jié)團，降低其能量。因為硼原子非常小，和缺陷團有很強的作用，很容易遷移或被結(jié)合到缺陷團中，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，這個激活能與升溫時Si自身空位的產(chǎn)生和移動的能量一致。產(chǎn)生的空位向間隙硼處運動，因而間隙硼就可以進(jìn)入空位而處于替位位置，硼的電激活比例也隨

40、溫度上升而增加。實際退火條件，要根據(jù)注入時靶溫、注入劑量及對材料性能的要求來選擇。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/cm2，800度，幾分鐘。室溫注入與靶溫較高時注入時，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)還沒有變?yōu)榉蔷訒r的退火性質(zhì)，實線則表示非晶層的退火性質(zhì)。對于1X1015/cm2和5X1015/cm2時所形成的非晶層，退火溫度在600左右，低于劑量為1014左右沒有形成非晶層時的退火溫度，這是因為兩種情況的退火機理不同。非晶層的退火效應(yīng)是與固相外延再生長過程相聯(lián)系的，在再生長過程中，V族原子實際上與硅原子是難以區(qū)分，被注

41、入的V族原子P在再結(jié)晶過程中與硅原子一樣，同時被結(jié)合到晶格位置上。21. 簡述 RTP設(shè)備的工作原理，相對于傳統(tǒng)高溫爐管它有什么優(yōu)勢？RTP工藝是一類單片熱處理工藝，其目的是通過縮短熱處理時間和溫度或只縮短熱處理時間來獲得最小的工藝熱預(yù)算（Thermal Budget）。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)用范圍已擴展到氧化、化學(xué)氣相淀積和外延生長等領(lǐng)域。雜質(zhì)的再分布問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)，必須通過足夠高溫度下的熱處理，才能具有電活性，

42、同時消除注入損傷。傳統(tǒng)的高溫爐管工藝，由于升、降溫緩慢和熱處理時間長，從而造成熱處理過程中雜質(zhì)的再分布問題嚴(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發(fā)的。RTP設(shè)備與傳統(tǒng)高溫爐管的區(qū)別Ø 加熱元件：RTP 采用加熱燈管，傳統(tǒng)爐管采用電阻絲硅片Ø 溫度控制：傳統(tǒng)爐管利用熱對流及熱傳導(dǎo)原理，使硅片與整個爐管周圍環(huán)境達(dá)到熱平衡，溫度控制精確；而RTP設(shè)備通過熱輻射選擇性加熱硅片，較難控制硅片的實際溫度及其均勻性。Ø 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。Ø 傳統(tǒng)爐管是熱

43、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。Ø 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。Ø 傳統(tǒng)爐管的致命缺點是熱預(yù)算大，無法適應(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. 簡述 RTP在集成電路制造中的常見應(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際上可以超過固溶度限制。例如，對砷進(jìn)行數(shù)毫秒的退火，它的激活濃度可達(dá)到3×1021左右，大約是其固溶度的10倍。因為，在短時間的退火過程中，砷原子沒有足夠的時間來形成聚團并凝聚成無活性的缺陷。2)

44、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精確控制的氣氛來實現(xiàn)短時間生長薄氧層。（干氧方法）RTO生長的氧化層具有很好的擊穿特性，電性能上堅固耐用。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基合金之間的互擴散。另外RTP還可以在

45、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 RTP來說，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因素造成硅片的熱不均勻問題（硅片邊緣溫度比中心低）：Ø圓片邊緣接收的熱輻射比圓片中心少Ø圓片邊緣的熱損失比圓片中心大Ø氣流對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

46、和硅片的翹曲。 24. 物理氣相淀積最基本的兩種方法是什么？簡述這兩種方法制備薄膜的過程。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。濺射概念與機理：基本原理，真空腔中有一個平行板等離子體反應(yīng)器，非常類似于簡單的反應(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。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)？淀積速率的測量采用什么辦法？簡述其工作

47、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量。所用器件為一個諧振板，它可以在諧振頻率下振蕩，工作時測量其振蕩頻率。 原理：因為晶體頂部有材料蒸發(fā)淀積，所外加的質(zhì)量將使得頻率偏移，由測得的頻率移動可得出淀積速率。淀積足夠厚的材料后，諧振頻率會移動幾個百分點，振蕩器便會失效，不再出現(xiàn)尖銳諧振。將頻率測量系統(tǒng)的輸出與機械擋板的控制相連，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。同時可以將淀積厚度的時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？簡述這些因素對濺射產(chǎn)額產(chǎn)生的影響。濺射產(chǎn)額 ： S=平

48、均出射原子數(shù)入射離子數(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一定能量(濺射閾值)時，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，其后是一個平緩區(qū)，當(dāng)離子能量繼續(xù)增加時，濺射率反而下降，此時發(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

49、體的另一個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)額對角度的依賴性于靶材料及入射離子的能量密切相關(guān)。Ø金、鉑、銅等高濺射產(chǎn)額材料一般與角度幾乎無關(guān)。ØTa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°左右時最大。Ø低能量時，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：S MgasMtarlnEE1cosq，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，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

50、哪幾種，簡述它們的工作原理和特點。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等離子體撞擊到硅片表面， 凝聚并形成薄膜。射頻濺射Ø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。在兩個電極之間接上高頻電場時，因為高頻電場可以經(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)即在射頻電場起作用的同時，靶材會自

51、動地處于一個負(fù)電位，這將導(dǎo)致氣體離子對其產(chǎn)生自發(fā)的轟擊和濺射。在實際應(yīng)用中，射頻濺射的交流輝光放電是在l3.56MHz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適量的活性氣體，使其在濺射淀積的同時生成特定的化合物，這種在淀積的同時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：在淀積前的一個短時間內(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。對于簡單的磁控系統(tǒng)，如果襯底和淀積材料是導(dǎo)體，可以調(diào)節(jié)加于襯底上的相對于等離子體的偏壓。因為濺射刻蝕的薄膜，在低偏壓下可以重新淀積于晶圓

52、片上，因而得到臺階覆蓋的凈改善。29. 下圖是硅烷反應(yīng)淀積多晶硅的過程，寫出發(fā)生反應(yīng)的方程式，并簡述其中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；（2）這些氣體反應(yīng)生成系列次生分子；（3）這些反應(yīng)物輸運到晶圓片表面；（4）表面反應(yīng)釋放出硅；（5）氣體副產(chǎn)物解吸附；（6）副產(chǎn)物離開晶圓片表面的輸運；（7）副產(chǎn)物離開反應(yīng)器的輸運。30. 對于某種薄膜的 CVD 過程，淀積溫度為 900，質(zhì)量傳輸系數(shù) hG=10cm s-1，表面反應(yīng)速率系數(shù) ks=1×107exp(-1.9eV/kT)cm s-1。 現(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

53、硅片型。應(yīng)該選用哪種類型的淀積系統(tǒng)并簡述理由。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)各處都發(fā)生薄膜生長。冷壁：僅對硅片和支撐件加熱，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，適合對溫度要求不高的質(zhì)量輸運控制。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淀積薄膜質(zhì)量的影響。31. CVD淀積過程中兩個主要的限制步驟是什么？它們分別在什么情況下會支配整個淀積速率？CVD過程包括兩個部分：一、反應(yīng)劑在邊界層中的輸運二、反應(yīng)劑在襯底表面的化學(xué)反應(yīng)存在兩

54、種極限情況：hg>>ks，Cs趨于Cg，淀積速率受表面化學(xué)反應(yīng)速率控制。 反應(yīng)劑數(shù)量：主氣流輸運到硅片表面的表面化學(xué)反應(yīng)所需要的 hgks，Cs趨于0，淀積速率受質(zhì)量輸運速率控制。反應(yīng)劑數(shù)量：表面化學(xué)反應(yīng)所需要的主氣流輸運到硅片表面的低溫情況下，表面化學(xué)反應(yīng)速率控制 ks=k0e-EA/kT淀積速率隨溫度的升高而成指數(shù)增加。高溫情況下，質(zhì)量輸運控制由于反應(yīng)速度的加快，輸運到表面的反應(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，這時的淀積速率將轉(zhuǎn)為由質(zhì)量輸運控制，基本不再隨溫度變化而變化。 32. 簡述 APCVD、LPCVD、PECVD 的特點。APCVD一些最早的CVD工藝是在大

55、氣壓下進(jìn)行的，由于反應(yīng)速率快， CVD系統(tǒng)簡單，適于較厚的介質(zhì)淀積。APCVD缺點：臺階覆蓋性差；膜厚均勻性差；效率低。常壓下擴散系數(shù)小，hg<<ks，APCVD一般是由質(zhì)量輸運控制淀積速率一個主要問題是顆粒的形成。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。為避免這一問題可采用多通道的噴頭設(shè)計。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，通過降低壓強就可以降低氣相成核。p在LPCVD系統(tǒng)中，因為低壓使得擴散率增加，因此hg變大使得hg>&g

56、t;ks，生長速率受表面化學(xué)反應(yīng)控制，與氣流的均勻性無關(guān)，硅片可以豎直緊密排列，容量大。LPCVD缺點：淀積速率慢，生長溫度高3. PECVD等離子體增強化學(xué)氣相淀積(PECVD)是目前最主要的化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)。APCVD和LPCVD都是利用熱能來激活和維持化學(xué)反應(yīng)，而PECVD是通過射頻等離子體來激活和維持化學(xué)反應(yīng)，受激發(fā)的分子可以在低溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以淀積溫度比APCVD和LPCVD低（200-350），淀積速率也更高，淀積的薄膜具有良好的附著性、低針孔密度、良好的階梯覆蓋及電學(xué)特性。 反應(yīng)原理：等離子體中的電子與反應(yīng)氣體的分子碰撞時，這些分子將分解成多種成份：離子、原子以及活性基團(激發(fā)態(tài))，這些活性基團不斷吸附在襯底表面上，吸附在表面上的活性基團之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成薄膜元素，并在襯底表面上形成薄膜。活性基團吸附在表面時，不斷的受到離子和電子轟擊，很容易遷移，發(fā)生