半導(dǎo)體制造技術(shù)

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。（1）RVD（快速氣相摻雜）原理：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。優(yōu)缺點(diǎn)：不受注入所帶來(lái)的一些效應(yīng)的影響，如：溝道效應(yīng)、晶格損傷或使硅片帶電等。然而，需要在較高的溫度下完成。雜質(zhì)分布是非理想的指數(shù)形式，類(lèi)似固態(tài)擴(kuò)散，其峰值處于表面處。應(yīng)用方向：DRAM中電容的摻雜，深溝側(cè)墻的摻雜，以及CMOS淺源漏結(jié)的制造等。（2）GILD （氣體浸沒(méi)激光摻雜）原理：用準(zhǔn)分子激光器照射

2、使硅表面變?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)散進(jìn)入該液體層，快速并均勻擴(kuò)散至整個(gè)融化層中，激光照射停止后，液體層結(jié)晶，雜質(zhì)進(jìn)入激活的晶格位置，形成均勻摻雜的表面薄層。優(yōu)缺點(diǎn)：只有表面受到照射且時(shí)間很短，表面雜質(zhì)分布均勻陡峭，硅體內(nèi)雜質(zhì)處于低溫，雜質(zhì)分布不受影響，缺點(diǎn)是效率太低。應(yīng)用方向：突變型分布及超淺結(jié)的摻雜。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)？按照原始雜質(zhì)源在室溫下的相態(tài)，可分為固態(tài)源、液態(tài)源和氣態(tài)源擴(kuò)散。固態(tài)源擴(kuò)散典型的有開(kāi)管擴(kuò)散，箱法擴(kuò)散和涂源法擴(kuò)散。其中開(kāi)管擴(kuò)散具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性；箱法擴(kuò)散具有良好的均勻性；涂源法擴(kuò)散工藝簡(jiǎn)單

3、，但表面濃度難以控制，只適用于雜質(zhì)濃度控制要求不高的器件制造。液態(tài)源擴(kuò)散相對(duì)固態(tài)源來(lái)說(shuō)，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，但對(duì)源瓶的密封性有較高的要求。氣態(tài)源擴(kuò)散系統(tǒng)則更為簡(jiǎn)潔，但其氣態(tài)雜質(zhì)源多為氫化物或鹵化物，毒性很大，易燃易爆，具有一定的危險(xiǎn)性。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。雜質(zhì)原子的擴(kuò)散方式主要有替位式擴(kuò)散和填隙式擴(kuò)散兩大類(lèi)。其中替位式擴(kuò)散分為交換式和空位式。交換式是由于兩相鄰原子由于有足夠高的能量，互相交換位置?？瘴皇绞怯捎谟芯Ц窨瘴?，相鄰原子能移動(dòng)過(guò)來(lái)。間隙式分為擠出機(jī)制和

4、Frank-Tumbull機(jī)制，擠出機(jī)制中，雜質(zhì)原子踢出或擠出晶格位置上的硅原子，進(jìn)入晶格位置，F(xiàn)rank-Tumbull機(jī)制中，雜質(zhì)原子以間隙的方式進(jìn)行擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，遇到空位可被俘獲，稱(chēng)為替位雜質(zhì)。氧化增強(qiáng)擴(kuò)散機(jī)理：（小原子，可以在間隙中移動(dòng)）硅氧化時(shí)，在Si-SiO2界面附近產(chǎn)生了大量的填隙Si原子，這些過(guò)剩的填隙Si原子在向硅內(nèi)擴(kuò)散的同時(shí)，不斷與空位復(fù)合，使這些過(guò)剩的填隙Si原子的濃度隨深度而降低。在表面附近，過(guò)剩的填隙Si原子可以和替位B相互作用，從而使原來(lái)處于替位的B變?yōu)樘钕禕。當(dāng)填隙B的近鄰晶格沒(méi)有空位時(shí)，填隙B就以填隙方式運(yùn)動(dòng)；如果填隙B的近鄰晶格出現(xiàn)空位時(shí)，填隙B又可以進(jìn)入空位變?yōu)?/p>

5、替位B。這樣，雜質(zhì)B就以替位-填隙交替的方式運(yùn)動(dòng)，其擴(kuò)散速度比單純的替位式擴(kuò)散要快。氧化阻滯擴(kuò)散機(jī)理：用銻代替硼的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)表明，氧化區(qū)正下方銻的擴(kuò)散結(jié)深小于氮化硅保護(hù)區(qū)下方的擴(kuò)散結(jié)深，說(shuō)明在氧化過(guò)程中銻的擴(kuò)散被阻滯。這是因?yàn)榭刂其R擴(kuò)散的主要機(jī)制是空位。在氧化過(guò)程中，所產(chǎn)生的過(guò)剩間隙硅原子在向硅內(nèi)擴(kuò)散的同時(shí)，不斷地與空位復(fù)合，使空位濃度減小，從而降低了銻的擴(kuò)散速度。4. 寫(xiě)出菲克第一定律和第二定律的表達(dá)式，并解釋其含義。菲克第一定律： 其中：C為雜質(zhì)濃度；D為擴(kuò)散系數(shù)(單位為cm2/s)； J為材料凈流量（單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)單位面積的原子個(gè)數(shù)） 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

6、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 ，比例系數(shù)D定義為雜質(zhì)在基體中的擴(kuò)散系數(shù)。菲克第二定律： 菲克第二定律是在第一定律的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來(lái)的。菲克第二定律指出，在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，在距離x處，濃度隨時(shí)間的變化率等于該處的擴(kuò)散通量隨距離變化率的負(fù)值。5. 以 P2O5為例，多晶硅中雜質(zhì)擴(kuò)散的方式及分布情況。多晶硅中雜質(zhì)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向晶粒內(nèi)的擴(kuò)散相互重疊，形成如圖A類(lèi)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(lèi)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

7、C類(lèi)分布。6. 分別寫(xiě)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： 邊界條件： 擴(kuò)散開(kāi)始時(shí)的初始條件 表面濃度恒定 無(wú)窮遠(yuǎn)處濃度為零 初始條件： 分布函數(shù)： erfc為余誤差函數(shù)， 為特征擴(kuò)散長(zhǎng)度 特點(diǎn)：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。 結(jié)的位置xj與擴(kuò)散系數(shù)D和擴(kuò)散時(shí)間t的平方根成正比。D與溫度T 是指數(shù)關(guān)系，所以在擴(kuò)散過(guò)程中，溫度對(duì)擴(kuò)散深度和雜質(zhì)分布的影響 較大。 在Cs和CB一定的情況下，pn結(jié)越深，在結(jié)處的雜質(zhì)濃度梯度就越小。有限表面源擴(kuò)散： 邊界條件： 擴(kuò)散長(zhǎng)

8、度遠(yuǎn)大于雜質(zhì)初始分布寬度 雜質(zhì)總量為QT 無(wú)窮遠(yuǎn)處雜質(zhì)為0 表面處雜質(zhì)濃度梯度為0 初始條件： 分布函數(shù)： 特點(diǎn)：有限表面源擴(kuò)散的表面濃度Cs隨時(shí)間而降低；擴(kuò)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。 對(duì)于有限源擴(kuò)散來(lái)說(shuō)，擴(kuò)散時(shí)間較短時(shí)，結(jié)深xj將隨(Dt)1/2的增加 而增加。在雜質(zhì)分布形式相同的情況下，CB越大，結(jié)深越淺。 雜質(zhì)濃度梯度將隨擴(kuò)散結(jié)深的增加而減小。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？?jī)刹綌U(kuò)散是采用兩種擴(kuò)散結(jié)合的方式。第一步稱(chēng)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

9、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)。第二步稱(chēng)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。第一步的目的是為了控制擴(kuò)散雜質(zhì)的數(shù)量。 第二步的目的是為了控制表面濃度和擴(kuò)散深度。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）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

10、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。（1） 兩步擴(kuò)散工藝： 預(yù)淀積，恒定表面源擴(kuò)散 （2） 推進(jìn)擴(kuò)散，有限表面源擴(kuò)散 預(yù)淀積，恒定表面源擴(kuò)散 9. 簡(jiǎn)述幾種常用的氧化方法及其特點(diǎn)。（1）干氧氧化：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；但是干氧氧化法的生長(zhǎng)速率慢。（2）水汽氧化：水比氧氣有更高的擴(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：其生長(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，其生長(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

11、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)構(gòu)及性質(zhì)：中心是Si原子，四個(gè)頂點(diǎn)上是O原子，頂角上的4個(gè)O原子正好與Si原子的4個(gè)價(jià)電子形成共價(jià)鍵。相鄰的Si-O四面體是靠Si-O-Si鍵橋連接。其密度一般為2.20g/cm3，熔點(diǎn)1700左右，折射率為波長(zhǎng)的函數(shù)，密度和折射率較大，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，室溫下只與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)。 結(jié)晶型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。Si-O-Si鍵橋的角度為144o；無(wú)定型SiO2：Si-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，

12、在110-180o之間，峰值144o。相比之下，無(wú)定型SiO2網(wǎng)絡(luò)疏松，不均勻，有孔洞。11. 以 P2O5為例說(shuō)明 SiO2的掩蔽過(guò)程。當(dāng)P2O5與SiO2接觸時(shí)，SiO2就轉(zhuǎn)變?yōu)楹椎牟Ａw（PSG），其變化過(guò)程如圖所示； (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w。 (c) 整個(gè)SiO2層都轉(zhuǎn)變?yōu)楹椎牟Ａw。(d) 在SiO2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。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)。一些雜質(zhì)會(huì)被有意摻入熱淀積SiO2中，用來(lái)改善它的

13、物理性質(zhì)和電學(xué)特性，例如硼、磷，稱(chēng)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。 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)。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。常規(guī)熱氧化制備SiO2介質(zhì)薄膜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程分為三個(gè)階段：（1） 氧化劑從氣體內(nèi)部以擴(kuò)

14、散形式穿過(guò)滯留層運(yùn)動(dòng)到氣體SiO2界面；（2） 氧化劑也擴(kuò)散方式穿過(guò)SiO2層，到達(dá)SiO2-Si界面，表面SiO2層上吸附氧起氧源作用，SiO2-Si界面起氧漏作用，建立起驅(qū)動(dòng)擴(kuò)散所需的濃度梯度；（3） 氧化劑在Si表面與Si反應(yīng)生成SiO2，反應(yīng)速率和氧濃度成正比。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(chēng)為反應(yīng)控制。當(dāng)氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)DSi

15、O2很小時(shí)(D<<kstox)，則得Ci0，C0HPg，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(chēng)為擴(kuò)散控制。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=2DSiO2C0/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成正比關(guān)系。

16、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)改變氧化劑分壓可達(dá)到改變二氧化硅生長(zhǎng)速率的目的。（2） 氧化溫度溫度對(duì)拋物型速率常數(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B2DSiO2C0N1可知，B與溫度之間也是指數(shù)關(guān)系。（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)樵谘趸瘎毫σ欢ǖ臈l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(lài)于晶面的取向，因?yàn)榫€性氧化速率常數(shù)由表面化學(xué)反應(yīng)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

17、)面上大。（4） 雜質(zhì)影響 在氧化層中摻雜入P、B提供了更多的空位，加快了氧化速率；摻雜鹵素，例如 Cl，催化反應(yīng)的同時(shí)還能與大多數(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。摻有雜質(zhì)的硅在熱氧化過(guò)程中，在Si-SiO2界面上的平衡雜質(zhì)濃度之比定義為分凝系數(shù)。熱氧化過(guò)程中雜質(zhì)再分布有以下四種可能情況：（1） ml，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(lèi)。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。（2） m1，且在SiO2中是快擴(kuò)散的雜質(zhì)。因?yàn)榇罅?/p>

18、的雜質(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。（3） m1，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)。（4） ml，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(lèi)型的雜質(zhì)。 對(duì)于m1，而且也沒(méi)有雜質(zhì)從SiO2表面逸散的情況，熱氧化

19、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(m1)，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體積所需要的雜質(zhì)。16. 一片硅片由 0.3um 厚的 SiO2薄膜覆蓋。（1）在 1200下，采用 H2O 氧化，使厚度增加 0.5um 需要多少時(shí)間？。（2）在 1200下，采用干氧氧化，增加同樣的厚度需要多少時(shí)間？所需數(shù)據(jù)見(jiàn)下表，玻爾茲曼常數(shù) k=1.38×10-23。（1） 在 1200下，采用 H2O 氧化，有 初始氧化需要時(shí)間為 增長(zhǎng)到0

20、.8需要 因此，對(duì)一個(gè)0.3的薄膜使厚度增加0.5需要或者47.1minutes。（2）在 1200下，干氧條件下 初始氧化需要時(shí)間為2.206hr，增長(zhǎng)到0.8需要14.217hr，因此增長(zhǎng)同樣的厚度需要12hr。17. Si-SiO2界面電荷有哪幾種？簡(jiǎn)述其來(lái)源及處理辦法。（1）可動(dòng)離子電荷Qm，主要來(lái)源于堿性金屬離子，例如K+，Na+等網(wǎng)絡(luò)改變者。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重要的。（2）氧化層陷阱電荷Qot，在氧化層中有

21、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。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(duì)輻照不靈敏的鈍化層，例如A12O3，Si3N4等。（3）氧化層固定電荷Qf，主要由Si-SiO2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)

22、但還未完全與氧反應(yīng)。快速退火能有效地減小氧化層固定電荷密度。（4）界面陷阱電荷Qit，主要由于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。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。18.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(chēng)，簡(jiǎn)述其作用。（2）闡述部件 2 的工作原理。（1）1：離子源，用于產(chǎn)生諸如用的離子 2：分析磁塊，用于分選所需荷質(zhì)比的離子 3：加速器，使離子獲得所需能量 4：中性束閘與中性

23、束阱，使中性原子束因直線前進(jìn)不能達(dá)到靶室 5：掃描板，使離子在X和Y方向可移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)靶片的均勻注入 6：法拉第杯，收集束流測(cè)量注入劑量。（2） 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，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)作用大小不同，偏轉(zhuǎn)半徑由公式 得出最后在特定半徑位置采用一個(gè)狹縫，可以將所需的離子分離出來(lái)。19.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？核阻滯即核碰撞，是注入離子與靶內(nèi)原子核之間的相互碰撞。因兩者質(zhì)量是一個(gè)數(shù)量級(jí)，一次

24、碰撞可以損失較多能量，且可能發(fā)生大角度散射，使靶原子核離開(kāi)原來(lái)的晶格位置，留下空位，形成缺陷。電子阻滯即電子碰撞，是注入離子與靶內(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)。因離子質(zhì)量比電子大很多，每次碰撞離子能量損失很少，且都是小角度散射，且方向隨機(jī)，故經(jīng)多次散射，離子運(yùn)動(dòng)方向基本不變。在低能區(qū)：核阻滯本領(lǐng)占主要地位，電子阻滯可以忽略不計(jì)；在中能區(qū)：和阻滯本領(lǐng)和電子阻滯本領(lǐng)同等重要，必須同時(shí)考慮；在高能區(qū)：電子阻滯本領(lǐng)占主導(dǎo)地位，核阻滯本領(lǐng)可以忽略；核阻滯本領(lǐng)隨注入離子能量的增加先增強(qiáng)后減弱；電子阻滯本領(lǐng)與注入離子能量的平方根成正比，。20.采用無(wú)定形掩膜的情況下進(jìn)行注

25、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(xiě)出表達(dá)式。 因此，21.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(duì)于離子束做 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。由圖可得， 因此， 22. 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？ 離子注入的橫向效應(yīng)是指，注入過(guò)程中，除了垂直方向外，離子還向掩膜的橫向方向移動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)際注入?yún)^(qū)域大于

26、掩膜窗口的效應(yīng)。B的橫向效應(yīng)更大，因?yàn)樵谀芰恳欢ǖ那闆r下，輕離子比重離子的射程要深并且標(biāo)準(zhǔn)偏差要大。23. 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？表征高斯分布是對(duì)稱(chēng)的離子分布。離子分布的非對(duì)稱(chēng)性常用偏斜度表示，有為負(fù)值表明雜質(zhì)分布在表面一側(cè)的濃度增加，即區(qū)域濃度增加，雜質(zhì)分布曲線相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)高斯分布會(huì)向一邊（左邊）傾斜?；冇枚盖?，有，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3.24.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

27、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。25. 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)：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。臨界角：，其中，E為入射能量，單位為keV，d為沿離子運(yùn)動(dòng)方向上的原子間距，單位為Å。如果離子的速度矢量與主要晶軸方向的夾角要大得多，則很少發(fā)生溝道效應(yīng)。

28、靶內(nèi)某次的散射結(jié)果可能會(huì)使入射離子轉(zhuǎn)向某一晶軸方向，但是由于這種事件發(fā)生的概率較小，因此對(duì)注入離子峰附近的分布并不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。具體解決辦法有以下幾種：（1）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)。（2）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。（3）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。26.什么是固相外延（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。熱退火的過(guò)程就是一個(gè)固相外延的過(guò)程。沒(méi)有外延的再結(jié)晶過(guò)程不屬于固相外延。高劑量注

29、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(chēng)為射程末端(EOR,End-of-Range)缺陷。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。27. 簡(jiǎn)述硼和磷的退火特性。 對(duì)于高劑量情況，可以把退火溫度分為三個(gè)區(qū)域：Ø 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

30、硼的濃度上升，電激活比例增加，自由載流子濃度增大。Ø 當(dāng)退火溫度在500-600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）。Ø 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(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)入空位而處于替位位置，硼的電激活比例也隨溫度上升而增加硼退火特性：電激活比例:自由載流子數(shù)p和注入

31、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。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11015/cm2和51015/cm2時(shí)所形成的非晶層，退火溫度在600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。（第二章第四頁(yè)）28. 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工作原理：早期RTP

32、設(shè)備一般采用改變反射腔形狀或燈泡間距的方法；現(xiàn)在RTP設(shè)備設(shè)計(jì)采用分區(qū)加熱概念實(shí)現(xiàn)：把燈泡分成多個(gè)可獨(dú)立控制的加熱區(qū)，可提供多種不同的功率分布。優(yōu)勢(shì)：1、升降溫速度快：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。2、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。3、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。29.簡(jiǎn)述 RTP 在集成電路制造中的常見(jiàn)應(yīng)用。 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。（1） 雜質(zhì)的快速熱激活（2） 介質(zhì)的快速熱加工（3）

33、硅化物和接觸的形成。30.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？因?yàn)檫吘壭?yīng)造成的溫度梯度（硅片邊緣溫度比中心低幾十甚至上百度）導(dǎo)致滑移甚至硅片的翹曲，主要有以下三種原因：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。輻射分布為中心多，邊緣少。31. 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。蒸發(fā)和濺射。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

34、出，形成蒸氣流并入射到襯底表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。濺射法：離子束濺射為例，它由離子源、離子引出極和沉積室3大部分組成，在高真空或超高真空中濺射鍍膜法。利用直流或高頻電場(chǎng)使惰性氣體（通常為氬）發(fā)生電離，產(chǎn)生輝光放電等離子體，電離產(chǎn)生的正離子和電子高速轟擊靶材，使靶材上的原子或分子濺射出來(lái)，然后沉積到基板上形成薄膜。32.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。 根據(jù)淀積速率公式 可知淀積速率與蒸發(fā)材料、溫度、腔體形狀有關(guān)。淀積速率通常用石英晶體速率指示儀測(cè)量，所用器件是一個(gè)諧振器板，它可以在諧振頻率下振蕩，工作時(shí)測(cè)量器振蕩頻率。因?yàn)榫w頂部有材料蒸發(fā)

35、積淀，所外加的質(zhì)量將使得頻率偏移，由測(cè)得得頻率移動(dòng)可得出淀積速率。33. 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。濺射產(chǎn)額定義為平均射出原子數(shù)（靶材原子）與入射離子束（一般為Ar離子）的比值，表示正離子轟擊作為陰極材料的靶材時(shí)，平均每個(gè)正離子能從靶材上打出的原子數(shù)目。（1） 與入射離子能量的關(guān)系 入射離子能量超過(guò)濺射閾值，發(fā)生濺射；入射離子能量增加，濺射率增加； 入射離子能量繼續(xù)增加，濺射率下降，發(fā)生離子注入現(xiàn)象。（2） 與入射離子種類(lèi)的關(guān)系 原子量越大，濺射率越高；電子殼層填滿的元素作為入射離子，則濺射率最大。故惰性氣體的濺射率可取到極大 值。（3） 與被濺射物質(zhì)

36、種類(lèi)的關(guān)系 一般規(guī)律：隨靶元素原子序數(shù)增加而增大。（4） 與離子入射角的關(guān)系 入射角：離子入射方向與被濺射靶材料表面法線之間的夾角。 S隨入射角的增加，以正切規(guī)律增加；當(dāng)入射角接近80o時(shí)，濺射率迅速下降。34.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。 靶材越遠(yuǎn)，到達(dá)角越小，相當(dāng)于淀積目標(biāo)面積越小，因此填充窄溝槽底部的效果越好。但是這樣做的后果是濺射淀積的效率降低了。35. 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)。（1）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

37、，例如鋁或鋁壓板，作為靶材。硅片放置于底電極上，高能離子撞擊靶材，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。特點(diǎn)：在較低的氣壓條件下，濺射率較低；隨著氣體壓力的升高，電子的平均自由程減少，原子的電離幾率增加，濺射電流增加，濺射速率提高；但當(dāng)氣體壓力過(guò)高時(shí)，濺射出來(lái)的靶材原子在飛向襯底的過(guò)程中將會(huì)受到過(guò)多的散射，因而其淀積到襯底上的速率反而下降；因此隨著氣壓的變化，濺射淀積的速率會(huì)出現(xiàn)一個(gè)極值；此外，淀積速率與濺射功率(或?yàn)R射電流的平方)成正比、與靶材和襯底之間的間距成反比。（2）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。Ø

38、特點(diǎn)：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l3.56MHz下進(jìn)行的。 （3）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(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)。缺點(diǎn)：隨著活性氣體壓力和濺射功率的增加，靶材表面也可能形成一層化合物，這可能會(huì)降低材料的濺射和淀積速率。（4）偏壓濺射：偏壓濺射是在一般濺

39、射裝置的基礎(chǔ)上，將襯底的電位與接觸陽(yáng)極（即真空室）的電位分開(kāi)設(shè)置，在襯底與等離子體之間有目的地施加一定大小的 偏置電壓，吸引一部分離子流向襯底，用改變?nèi)肷涞揭r底表面的帶電粒子的數(shù)量和能量的手段，達(dá)到改善薄膜微觀組織與性能的目的的方法。36.下圖是硅烷反應(yīng)淀積多晶硅的過(guò)程，寫(xiě)出發(fā)生反應(yīng)的方程式，并簡(jiǎn)述其中 15 各步的含義。反應(yīng)式為：（1）反應(yīng)物擴(kuò)散到晶圓片表面；（2）反應(yīng)物表面吸附；（3）化學(xué)反應(yīng)釋放出硅；（4）氣體副產(chǎn)物解吸附離開(kāi)晶圓片表面；（5）氣體副產(chǎn)物離開(kāi)氣體滯留層并被排除反應(yīng)器。37.對(duì)于某種薄膜的 CVD 過(guò)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

40、系數(shù) ks=1×107exp(-1.9eV/kT)cm s-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(lèi)型的淀積系統(tǒng)并簡(jiǎn)述理由。 比hG（10.0）要小得多。因此ks<<hG，該系統(tǒng)為表面反應(yīng)控制，對(duì)溫度控制要求較高，因此應(yīng)當(dāng)選用熱壁堆放硅片型系統(tǒng)。38.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？ 兩個(gè)主要限制步驟為：反應(yīng)劑在邊界層中的輸運(yùn)（質(zhì)量輸運(yùn)）和反應(yīng)劑在襯底表面的化學(xué)反應(yīng)（化學(xué)反應(yīng)）。根據(jù)淀積速率的表達(dá)式 hgks，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

41、：主氣流輸運(yùn)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(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。39. 簡(jiǎn)述 APCVD、LPCVD、PECVD 的特點(diǎn)。 APCVD為常壓化學(xué)氣相沉積，由于反應(yīng)速率快，CVD系統(tǒng)簡(jiǎn)單，適于較厚的介質(zhì)沉積，然而臺(tái)階覆蓋性差；膜厚均勻性差；容易發(fā)生異質(zhì)淀積形成顆粒；效率低，一般是由質(zhì)量輸運(yùn)控制淀積速率（hg<<ks）在LPCVD系統(tǒng)中，因?yàn)榈蛪菏沟脭U(kuò)散率增加，因此hg變大使得hg>>ks，生長(zhǎng)速率受表面化學(xué)反應(yīng)控制，與氣流的均勻性無(wú)關(guān)，硅片可以豎直緊密排列，容量大。但淀積速率慢，生長(zhǎng)

42、溫度高，并且存在氣缺現(xiàn)象。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。等離子體增強(qiáng)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(lái)激活和維持化學(xué)反應(yīng)，而PECVD是通過(guò)射頻等離子體來(lái)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APCVDLPCVD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。由于PECVD與非等離子體CVD相比，淀積過(guò)程有更多的非平衡特點(diǎn)，故也可以更容易地改變薄膜性質(zhì)（組成、密度、應(yīng)力等），并且對(duì)于特定的應(yīng)用可修正這些性能。然而，這也會(huì)使薄

43、膜產(chǎn)生不希望有的組分或者性質(zhì)，如副產(chǎn)品或氣體分子結(jié)合進(jìn)薄膜。40. 簡(jiǎn)述外延薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程，其最顯著的特征是什么？生長(zhǎng)過(guò)程：傳輸：反應(yīng)物從氣相經(jīng)邊界層轉(zhuǎn)移到Si表面；吸附：反應(yīng)物吸附在Si表面；化學(xué)反應(yīng)：在Si表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，得到Si及副產(chǎn)物；脫吸：副產(chǎn)物脫離吸附；逸出：脫吸的副產(chǎn)物從表面轉(zhuǎn)移到氣相，逸出反應(yīng)室；加接：生成的Si原子加接到晶格點(diǎn)陣上，延續(xù)襯底晶向生長(zhǎng)特征：橫向二維的層層生長(zhǎng)41.影響外延薄膜的生長(zhǎng)速度的因素有哪些？（1）溫度 溫度較低時(shí)，生長(zhǎng)速率對(duì)溫度的變化非常敏感，生長(zhǎng)速率完全由表面化學(xué)反應(yīng)控制。溫度較高時(shí)，生長(zhǎng)速率對(duì)溫度的變化不敏感，生長(zhǎng)速率由氣相質(zhì)量輸運(yùn)控制，并且對(duì)反應(yīng)

44、室的幾何形狀和氣流有很大的依賴(lài)性。因此，外延溫度應(yīng)當(dāng)選在高溫區(qū)，使得生長(zhǎng)速率處于質(zhì)量輸運(yùn)控制范圍，溫度的微小波動(dòng)不會(huì)影響生長(zhǎng)速率顯著變化。（2）反應(yīng)劑濃度 外延生長(zhǎng)速率由以下兩因素較慢的一個(gè)決定：還原反應(yīng)析出硅原子的速率；被釋放出來(lái)的鬼原子再襯底上生成單晶層的速率。（3）氣流速率 氣體速度越大，邊界層越薄，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移到單位襯底表面上的反應(yīng)劑數(shù)量越多，外延層生長(zhǎng)速率也越快；當(dāng)氣流大道一定程度時(shí)，外延層的生長(zhǎng)速率基本不隨氣體流量增大而加快。因?yàn)榇藭r(shí)邊界層厚度很薄，輸運(yùn)到襯底表面的反應(yīng)劑數(shù)量可能超過(guò)外延溫度下的化學(xué)表面反應(yīng)需要的數(shù)量，此時(shí)生長(zhǎng)速率由化學(xué)反應(yīng)速率決定。（4）襯底晶向 不同晶面的鍵密

45、度不同，鍵合能力存在差別，會(huì)對(duì)生長(zhǎng)速率產(chǎn)生一定影響。共價(jià)鍵密度小，鍵合能力差，生長(zhǎng)速率慢，例如（1 1 1）晶面；共價(jià)鍵密度大，鍵合能力強(qiáng)，生長(zhǎng)速率快，例如（1 1 0）晶面。42.下圖為硅外延生長(zhǎng)速度對(duì) H2中 SiCl4摩爾分量的函數(shù)曲線，試分析曲線走勢(shì)，并給出其變化的原因。外延生長(zhǎng)速率由以下兩因素較慢放入一個(gè)決定：（1）氫還原SiCl析出硅原子的速率；（2）被釋放出來(lái)的硅原子在襯底上生成單晶層的速率。 SiCl4濃度較小，SiCl4被氫還原析出硅原子的速度遠(yuǎn)小于被釋放出來(lái)的硅原子在襯底上生成單晶硅速度，化學(xué)反應(yīng)速度控制外延層的生長(zhǎng)速率； 增加SiCl4濃度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，生長(zhǎng)速度提高

46、。濃度大到一定程度，化學(xué)反應(yīng)釋放硅原子速度大于硅原子在襯底表面的排列生長(zhǎng)速度，此時(shí)生長(zhǎng)速率受硅原子在襯底表面排列生長(zhǎng)的速度控制。進(jìn)一步增大SiCl4濃度（Y=0.1）生長(zhǎng)速率減小；當(dāng)Y=0.27時(shí)，逆向反應(yīng)發(fā)生硅被腐蝕；反向腐蝕越嚴(yán)重，生長(zhǎng)速率下降，當(dāng)Y>0.28時(shí)，只存在腐蝕反應(yīng)。43. 什么是擴(kuò)散效應(yīng)？什么是自摻雜效應(yīng)？這兩個(gè)效應(yīng)使得襯底/外延界面雜質(zhì)分布有怎樣的變化？ 自摻雜效應(yīng)：在外延生長(zhǎng)過(guò)程中，襯底和外延層中的雜質(zhì)因熱蒸發(fā)或者因化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物對(duì)襯底或外延層的腐蝕，都會(huì)使襯底和（或）外延層中的雜質(zhì)進(jìn)入到邊界層中，改變了邊界層中的摻雜成分和濃度，從而導(dǎo)致了外延層中雜質(zhì)的實(shí)際分布偏

47、離理想情況。 擴(kuò)散效應(yīng)：襯底中的雜質(zhì)與外延層中的雜質(zhì)，在外延生長(zhǎng)時(shí)相互擴(kuò)散，引起襯底與外延層界面附近的雜質(zhì)濃度緩慢變化的現(xiàn)象。 界面雜質(zhì)分布的變化有：界面附近雜質(zhì)濃度還變；對(duì)于p-n結(jié)則引起結(jié)位置的移動(dòng)。44.解釋為什么導(dǎo)熱型規(guī)表在超高真空下不能工作。 導(dǎo)熱型規(guī)表示通過(guò)氣體的熱傳導(dǎo)進(jìn)行熱量傳遞，電流流過(guò)燈絲進(jìn)行加熱，氣體分子通過(guò)碰撞冷卻燈絲，其導(dǎo)熱率隨真空度變化，通過(guò)測(cè)量氣體的導(dǎo)熱率來(lái)確定真空度。超高真空下氣體分子密度十分小，氣體分子與燈絲無(wú)法發(fā)生足夠的碰撞，這是氣體導(dǎo)熱率隨真空度的變化不再敏感，因此導(dǎo)熱型表規(guī)不能工作的原因。45. 簡(jiǎn)述幾種典型真空泵的工作原理。（1）活塞式機(jī)械泵 通過(guò)活塞進(jìn)

48、行抽氣和壓縮運(yùn)動(dòng)，分為三個(gè)階段：吸氣階段，氣體經(jīng)過(guò)右側(cè)閥進(jìn)入氣缸；壓縮階段，兩個(gè)閥均關(guān)閉，氣體被壓縮；排氣階段，氣體經(jīng)過(guò)左側(cè)閥被排除到高壓力區(qū)。（2）旋片式機(jī)械泵（羅茨泵） 采用旋片代替活塞進(jìn)行抽泣和壓縮過(guò)程。級(jí)旋片式機(jī)械泵的終極真空大約為20mTorr，兩級(jí)泵則能達(dá)到1mTorr一下。（3）油擴(kuò)散泵 通過(guò)高速油蒸汽流攜帶氣體達(dá)到抽氣目的（簡(jiǎn)單描述油擴(kuò)散泵的工作過(guò)程）。（4）渦輪分子泵 利用高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉輪將動(dòng)量傳給氣體分子，使氣體產(chǎn)生定向流動(dòng)而抽氣的真空泵。（5）低溫吸附泵46.下圖為直流等離子放電的 I-V 曲線，請(qǐng)分別寫(xiě)出 a-g 各段的名稱(chēng)?？捎米靼雽?dǎo)體制造工藝中離子轟擊的是其中哪一段

49、？試解釋其工作原理。 a-b暗流，無(wú)光放電區(qū)；b-c湯生放電；c-d前期輝光放電；d-e正常輝光放電區(qū)；e-f反常輝光放電；f-g電弧放電湯生放電和輝光放電階段，在輝光放電階段導(dǎo)電的粒子數(shù)目大大增加，在碰撞過(guò)程中轉(zhuǎn)移的能量液足夠高。氣體擊穿之后，電子和正離子來(lái)源于電子的碰撞和正離子的轟擊使氣體電離。在湯生放電階段，電子的運(yùn)動(dòng)速度加快，電子和中性氣體分子之間的碰撞不再是彈性碰撞，而會(huì)使氣體分子電離產(chǎn)生正離子和電子。新產(chǎn)生的電子和原有的電子繼續(xù)唄電場(chǎng)加速，在碰撞過(guò)程中有更多的氣體分子被電離，時(shí)離子和電子數(shù)目雪崩式的增加，放電電流也就迅速增大。47. 射頻放電與直流放電相比有何優(yōu)點(diǎn)？ 直流放電中，電

50、荷在表面的積聚會(huì)使電場(chǎng)減小，直到等離子體消失。為了解決這一問(wèn)題，可以使用交流信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)等離子體。（1）在射頻電場(chǎng)中，因?yàn)殡妶?chǎng)周期性地改變方向，帶電粒子不容易到達(dá)電極和器壁而離開(kāi)放電空間，相對(duì)地減少了帶電粒子的損失。（2）在兩極之間不斷振蕩運(yùn)動(dòng)的電子可以從高頻電場(chǎng)中獲得足夠的能量使氣體分子電離，只要有較低的電場(chǎng)就可以維持放電。（3）陰極產(chǎn)生的二次電子發(fā)射不再是氣體擊穿的必要條件。（4）射頻電場(chǎng)可以通過(guò)任何一種類(lèi)型的阻抗耦合進(jìn)入淀積室，所以電極可以是導(dǎo)體，也可是絕緣體。48.如果刻蝕的各項(xiàng)異性度為零，那么當(dāng)刻蝕厚度為0.5m的膜時(shí)產(chǎn)生的鉆蝕量（或刻蝕偏差）為多少？各項(xiàng)異性度為 0.75 時(shí)進(jìn)行刻蝕

51、，鉆蝕量又是多少？假定在每一種情況下不存在過(guò)刻。（1）A=1-RL/RV=0; RL=RV=d=0.5um（2）A=1-RL/RV=0.75; RL=0.25RV=d=0.125um49.簡(jiǎn)述 BOE（或 BHF）刻蝕 SiO2的原理。加入NH4F的HF溶液稱(chēng)為BOE(buffered oxide etching)或BHF(buffered HF)。實(shí)際反應(yīng)時(shí)，腐蝕液中的HF發(fā)生電離產(chǎn)生氫離子和氟離子 在腐蝕過(guò)程中通常加入氧化銨作為緩沖劑，NH4F能夠電離生成F-，以補(bǔ)充隨著反應(yīng)推進(jìn)而逐漸減少的F離子數(shù)量，并使HF電離平衡向左移動(dòng)，調(diào)節(jié)溶液的PH值，以減輕腐蝕液對(duì)光刻膠的腐蝕作用。六個(gè)與二氧化

52、硅中的一個(gè)結(jié)合生成負(fù)二價(jià)的六氟硅酸根絡(luò)離子，它與兩個(gè)結(jié)合，生成六氟硅酸，發(fā)生的總反應(yīng)50. 根據(jù)原理分類(lèi)，干法刻蝕分成幾種？各有什么特點(diǎn)？（1）濺射與離子銑刻蝕 等離子體產(chǎn)生的帶能粒子（轟擊的正離子）在強(qiáng)電場(chǎng)下朝硅片表面加速，這些離子通過(guò)濺射刻蝕作用除去未被保護(hù)的硅片表面材料。一般是用惰性氣體，如氬(Ar)。這種機(jī)械刻蝕的好處在于它有很強(qiáng)的方向性，從而可以獲得高的各向異性刻蝕剖面，以獲得很好的線寬控制。這種濺射刻蝕速率高，然而選擇比差。另一個(gè)問(wèn)題是被濺射作用去除的表面元素是非揮發(fā)性的，可能會(huì)重新淀積到硅片表面，帶來(lái)顆粒和化學(xué)污染。（2）等離子體刻蝕(Plasma Etching) 等離子體產(chǎn)生

53、的反應(yīng)元素（自由基和反應(yīng)原子）與硅片表面物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。為了獲得高的選擇比（即為了與光刻膠或下層材料的化學(xué)反應(yīng)最小），進(jìn)入腔體的氣體（一般含氯或氟）都經(jīng)過(guò)了慎重選擇。等離子體化學(xué)刻蝕由于它是各向同性的，因而線寬控制差。反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)可以被真空泵抽走。（3）反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Ion Etching,RIE) 將物理方法和化學(xué)方法結(jié)合，產(chǎn)生的方法稱(chēng)為反應(yīng)離子刻蝕（RIE），通過(guò)活性離子對(duì)襯底的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)雙重作用刻蝕，同時(shí)兼具各向異性和選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。目前，RIE已經(jīng)成為VLSI工藝中最廣泛應(yīng)用的主流刻蝕技術(shù)。51.在一個(gè)特定的刻蝕過(guò)程中：（1）若首先考慮的因素是選擇性，應(yīng)

54、該使用何種刻蝕設(shè)備？（2）若首先考慮的因素是離子轟擊損傷，應(yīng)該選用何種刻蝕設(shè)備？（3）若首先考慮的因素是獲得垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)，應(yīng)該選用何種刻蝕設(shè)備？（4）若首先考慮的因素是選擇性和獲得垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)，應(yīng)該選用何種刻蝕設(shè)備？（5）若需要選擇性、垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)和損傷，同時(shí)還需保持合理的刻蝕速率，應(yīng)該怎樣？（1）.選擇性等離子體刻蝕或者濕法刻蝕（2）.離子轟擊損傷濕法刻蝕（3）.獲得垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)濺射與離子銑（4）.選擇性和獲得垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)反應(yīng)離子刻蝕（5）.選擇性，垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)和損傷，保持合理的刻蝕速率反應(yīng)離子刻蝕52.采用 CF4作為氣體源對(duì) SiO2進(jìn)行刻蝕，在進(jìn)氣中分別加入 O2或 H2對(duì)刻蝕速率有什么影響？隨著 O2或 H2進(jìn)氣量的增加，對(duì) Si 和 SiO2刻蝕選擇性怎樣變化？為什么？（1）在CF4進(jìn)氣中加入少量的氧氣會(huì)提高硅和二氧化硅的刻蝕速率，因?yàn)檠鯕馀c碳原子反應(yīng)生成CO和CO2，因此從等離子體重去掉了一些碳，從而增加了氟的濃度。 氧添加之后對(duì)Si的刻蝕速率提升比SiO2的刻蝕要快。當(dāng)氧添加含量超過(guò)一定值后，二者的刻蝕速率開(kāi)始下降，是因?yàn)闅庀嗟姆釉俳Y(jié)合形成氟分子使得自由氟原子減