半导体制造技术汇总题库规范标准答案

1、1. 分别简述RVD和GILD的原理，它们的优缺点及应用方向。快速气相掺杂(RVD, Rapid Vapor-phase Doping)利用快速热处理过程(RTP)将处在掺杂剂气氛中的硅片快速均匀地加热至所需要的温度，同时掺杂剂发生反应产生杂质原子，杂质原 子直接从气态转变为被硅表面吸附的固态，然后进行固相扩散，完成掺杂目的。同普通扩散炉中的掺杂不同，快速气相掺杂在硅片表面上并未形成含有杂质的玻璃层；同离 子注入相比(特别是在浅结的应用上)，RVD技术的潜在优势是：它并不受注入所带来的一些效 应的影响；对于选择扩散来说，采用快速气相掺杂工艺仍需要掩膜。另外，快速气相掺杂仍然 要在较高的温度下完

2、成。杂质分布是非理想的指数形式，类似固态扩散，其峰值处于表面处。气体浸没激光掺杂(GILD: Gas Immersio n Laser Do ping) 用准分子激光器(308nm) 产 生高能量密度(0.5 2.0J/cm2)的短脉冲(20-100ns)激光，照射处于气态源中的硅表面；硅表 面因吸收能量而变为液体层；同时气态掺杂源由于热解或光解作用产生杂质原子；通过液相扩 散，杂质原子进入这个很薄的液体层，溶解在液体层中的杂质扩散速度比在固体中高八个数量 级以上，因而杂质快速并均匀地扩散到整个熔化层中。当激光照射停止后，已经掺有杂质的液体层通过固相外延转变为固态结晶体。由液体变为固 态结晶体

3、的速度非常快。在结晶的同时，杂质也进入激活的晶格位置，不需要近一步退火过程， 而且掺杂只发生在表面的一薄层内。由于硅表面受高能激光照射的时间很短，而且能量又几乎都被表面吸收，硅体内仍处于低温 状态，不会发生扩散现象，体内的杂质分布没有受到任何扰动。硅表面溶化层的深度由激光束的能量和脉冲时间所决定。因此，可根据需要控制激光能量密 度和脉冲时间达到控制掺杂深度的目的。2. 集成电路制造中有哪几种常见的扩散工艺？各有什么优缺点？扩散工艺分类：按原始杂质源在室温下的相态分类，可分为固态源扩散，液态源扩散和气态 源扩散。固态源扩散优点：开管扩散的重复性和稳定性都很好。优点；箱法扩散的硅表面浓度基本由扩散

4、温度下杂质在硅中的固溶度决(1) .开管扩散(2) .箱法扩散定，均匀性较好。缺点：这种扩散方法的表面浓度很难控制，而且又不均匀。(3) .涂源法扩散(4) .杂质源也可以采用化学气相淀积法淀积，这种方法的均匀性、重复性都很好，还可以把片子排列很密，从而提高生产效率，其缺点是多了一道工序。液态源扩散液态源扩散优点：系统简单，操作方便，成本低，效率高，重复性和均匀性都很好。扩散过程中应准确控制炉温、扩散时间、气体流量和源温等。源瓶的密封性要好，扩 散系统不能漏气。气态源扩散气态杂质源多为杂质的氢化物或者卤化物， 这些气体的毒性很大，且易燃易爆，操作上要十分小心。快速气相掺杂(RVD)气体浸没激光

5、掺杂(GILD)3. 杂质原子的扩散方式有哪几种？它们各自发生的条件是什么？从原子扩散的角度举例说明氧化 增强扩散和氧化阻滞扩散的机理。 交换式：两相邻原子由于有足够高的能量，互相交换位置。 空位式：由于有晶格空位，相邻原子能移动过来。 填隙式：在空隙中的原子挤开晶格原子后占据其位，被挤出的原子再去挤出其他原子。 在空隙中的原子在晶体的原子间隙中快速移动一段距离后，最终或占据空位，或挤出晶格 上原子占据其位。以上几种形式主要分成两大类：替位式扩散；填隙式扩散。替位式扩散如果替位杂质的近邻没有空位.则替位杂质要运动到近邻晶格位置上，就必须通过互相换位 才能实现。这种换位会引起周围晶格发生很大的畸

6、变，需要相当大的能量，因此只有当替位杂 质的近邻晶格上出现空位，替位式扩散才比较容易发生。填隙型扩散挤出机制：杂质在运动过程中“踢出”晶格位置上的硅原子进入晶格位置，成为替位杂质，被“踢出”硅原子变为间隙原子；Fran k-Turnbull机制：也可能被 “踢出”的杂质以间隙方式进行扩散运动。当它遇到空位时可被俘获，成为替位杂质。护鲨卉式替位r空位式務动P. Sb Al, Ga, As替位：壇愼式移动Q, P, As填隐；闭頤式穆动0替位t更®式移动All合CX4. 写出菲克第一定律和第二定律的表达式，并解释其含义。C 杂质浓度；D 扩散系数（单位为cm2/s）J材料净流量（单位时间

7、内流过单位面积的原子个数）解释：如果在一个有限的基体中杂质浓度C（x, t）存在梯度分布，则杂质将会产生扩散运动，杂质的扩散流密度J正比于杂质浓度梯度？?/?例系数D定义为杂质在基体中的扩散系数。杂质的扩散方向是使杂质浓度梯度变小。如果扩散时间足够长，则杂质分布逐渐变得均匀。当浓度梯度变小时，扩散减缓。D依赖于扩散温度、杂质的类型以及杂质浓度等。菲克第二定律：创CX -费克第一定律：，假设扩散系数D为常数-白5. 以P2O5为例，多晶硅中杂质扩散的方式及分布情况。在多晶硅薄膜中进行杂质扩散的扩散方式与单晶硅中的方式是不同的，因为多晶硅中有 晶粒间界存在，所以杂质原子主要沿着晶粒间界进行扩散。主

8、要有三种扩散模式： 晶粒尺寸较小或晶粒内的扩散较快，以至从两边晶粒间界向晶粒内的扩散相互重叠，形成 如图A类分布。 晶粒较大或晶粒内的扩散较慢，所以离晶粒间界较远处杂质原子很少，形成如图B类分布。 与晶粒间界扩散相比，晶粒内的扩散可以忽略不计，因此形成如图C类分布。所以多晶扩散要比单晶扩散快得多，其扩散速度一般要大两个数量级。6. 分别写出恒定表面源扩散和有限表面源扩散的边界条件、初始条件、扩散杂质的分布函数，简 述这两种扩散的特点。P rede positi on)恒定表面源扩散(预淀积扩散，扩散开始吋的初始条件表面浓度恒定无穷迂处浓度为零边界条件CW) = C桓抿上述条件柏费克第二g聲町得

9、卸怕定表«服护散前朵质分布情沅g) = CJF昴亡血为余误差址数 VN为特征扩散长度在表面浓度Cs 一定的情况下，扩散时间越长，杂质扩散的就越深，扩到硅内的杂质数量也 就越多。如果扩散时间为t，那么通过单位表面积扩散到 Si片内部的杂质数量Q(t)为：恒定源扩散，其表面杂质浓度 Cs基本上由该杂质在扩散温度(900-1200 C)下的固溶度所决 定，在900-1200 C范围内，固溶度随温度变化不大，很难通过改变温度来达到控制表面浓度 Cs的目的，这是该扩散方法的不足之处。有限表面源扩散(推进扩散，drive-in )边畀条件匚”(") = 42门眩认”扩触论度运人于杂氏刼

10、始分方宜夏=0吉面处杂庾液度梯度为0£ cg A必=Q-常数杂质皂&为Qt矣克第二宏律的祈,QX：Qvji =cxp(-=> nJQ4 DrCs随时间而降低:与恒定表面源扩散不同,有限表面源扩散的表面浓度杂质分布形式散温度相同时，扩散时间 越长，杂质扩散的越深， 表面浓度越低。扩散时间相同时，扩散温 度越高，杂质扩散的越 深，表面浓度下降越多。7. 什么是两步扩散工艺，其两步扩散的目的分别是什么？实际的扩散温度一般为900-1200 C,在这个温度范围内，杂质在硅中的固溶度随温度变化 不大，采用恒定表面源扩散很难通过改变温度来控制表面浓度，而且很难得到低表面浓度的杂 质

11、分布形式。两步扩散：采用两种扩散结合的方式。第一步称为预扩散或者预淀积：在较低温度下，采用恒定表面源扩散方式。在硅片表面扩散 一层数量一定，按余误差函数形式分布的杂质。由于温度较低，且时间较短，杂质扩散的很浅， 可认为杂质是均匀分布在一薄层内，目的是为了控制扩散杂质的数量。第二步称为主扩散或者再分布：将由预扩散引入的杂质作为扩散源，在较高温度下进行扩散。 主扩散的目的是为了控制表面浓度和扩散深度。两步扩散后的杂质最终分布形式：D预t预<<D主t主，主扩散起决定作用，杂质基本按咼斯函数分布。8. 假设进行一次受固溶度限制的预淀积扩散，从掺杂玻璃源引入的杂质总剂量为Q cm -2。（1

12、） 如果这次预淀积进行了总共t分钟，若预淀积温度不变，引入 3Q cm -2的杂质需要多长 时间？（2）预淀积后再进行推进扩散，要求推进的杂质足够深，使得最后表面杂质浓度等于其固溶度Cs的1%。若已知预淀积过程中的（Dt）predop，推导出推进扩散过程中（Dt）drive-in的表达式。9. 简述几种常用的氧化方法及其特点。制备SiO2的方法有很多，热分解淀积、溅射、真空蒸发、阳极氧化法、化学气相淀积、热氧 化法等。热生长法制备的SiO2质量好，是集成电路的重要工艺之一。SiO2。热氧化法：Si与氧或水汽等氧化剂在高温下发生化学反应生成热氧化法制备SiO2的特点：具有很高的重复性和化学稳定性

13、，其物理性质和化学性质不太受湿度和中等温度热处理的影响；降低Si表面的悬挂键，使表面态密度减小；很好地控制界面陷阱和固定电荷。(1) .干氧氧化在高温下，氧气与硅反应生成 SiO2。氧化温度为900-1200 °C,为了防止外部气体的玷污，炉内气体压力应比一个大气压稍高些， 可通过气体流速来控制。优点：结构致密、干燥、均匀性和重复性好，掩蔽能力强，与光刻胶黏附好，目前制备高质 量的SiO2薄膜基本上都是采用这种方法。SiO2 。缺点：干氧氧化法的生长速率慢，所以经常同湿氧氧化方法相结合生长(2) .水汽氧化在高温下，硅与高纯水产生的蒸气反应生成SiO2。产生的H2分子沿Si-SiO2

14、界面或者以扩散方式通过SiO2层“逃离”。因为水比氧气在SiO2 中有更高的扩散系数和大得多的溶解度，所以水汽氧化的生长速率一般比较高。(3) .湿氧氧化湿氧氧化的氧化剂是通过高纯水的氧气，高纯水一般被加热到95 C左右。通过高纯水的氧气携带一定水蒸气，所以湿氧氧化的氧化剂既含有氧，又含有水汽。因此， SiO2的生长速率介于干氧和水汽氧化之间，与氧气流量、水汽的含量有着密切关系。如果水汽含量很少，SiO2的生长速率和质量就越接近于干氧氧化的情况，反之，就越接近 水汽氧化情况。水汽含量与水温和氧气流量有关。氧气流量越大，水温越高，则水汽含量就越大。氢气和氧气，H2+O2f H2O采用高温合成技术

15、进行水汽氧化，在这种氧化系统中，氧化剂是由纯氢和纯氧直接反应生成 的水汽。(4) .快速热氧化工艺(RTO)<30?制备深亚微米器件的栅极氧化层，非常薄在实际生产中，根据要求选择干氧氧化、水汽氧化或湿氧氧化。对于制备较厚的SiO2层来说， 往往采用的是干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式。这种氧化方式既保证SiO2表面和Si-SiO 2界面质量，又解决了生长效率的问题。10. 说明Si02的结构和性质，并简述结晶型 Si02和无定形Si02的区别。结晶形Si0 2由Si-0四面体在空间规则排列构成每个顶角的 0原子与两个相邻四面体中 心的Si原子形成共价键。无定形Si02 Si-0四面体的空

16、间排列没有规律 Si-0-Si键桥的角度不固定，在110-180 ° 之间，峰值144。无定形Si02的性质：Si-0四面体在空间的排列无规则，大部分0与相邻的两个Si-0四面体的Si形成共价键 （称为桥键氧），也有一部分只与一个Si-0四面体的Si形成共价键（称为非桥键氧）；无定形网络疏松、不均匀、有孔洞，Si02分子约占无定形网络空间体积43%，密度 2.15-2.25g/cm3 ，结晶形 Si02 密度为 2.65g/cm3；在无定形Si02网络中，氧的运动（1-2个Si-0键）比Si（4个Si-0键）容易；室温下Si-0键以共价键为主，也含有离子键成份，随温度的升高，离子键成

17、份比例增大。密度：一般为2.20g/cm3（无定形，一般用称量法测量）；折射率：是波长的函数，5500?左右时为1.46，密度较大则折射率较大；电阻率：高温干氧氧化法制备的 SiO2电阻率高达1016 Q cm ；介电强度：单位厚度的SiO2所能承受的最小击穿电压，与致密程度、均匀性、杂质含量等因素有关，一般为106-107V/cm；化学性质：非常稳定，室温下只与氢氟酸发生反应：卫a十的/F r /y,（ S迟）亠2 " Q$迟+=仏011.以P205为例说明Si02的掩蔽过程。A以P2O5杂质源为例来说明SiC2的掩蔽过 程：当P2O5与SiQ接触时，SiQ就转变 为含磷的玻璃体。

18、(a) 扩散刚开始，只有靠近表面的 SiQ 转变为含磷的玻璃体。(b) 大部分SiQ层已转变为含磷的玻璃 体。(C)整个SiQ层都转变为含磷的玻璃体。(d)在SiO层完全转变为玻璃体后，又经 过一定时间，SiQ层保护的硅中磷已经 扩进一定深度。W M'10£r12.简述杂质在SiO2的存在形式及如何调节SiO2的物理性质。热氧化层中可能存在各种杂质，某些最常见的杂质是与水有关的化合物，其结构如图所示。 如果氧化层在生长中有水存在，一种可能发生的反应是一个氧桥还原为两个氢氧基。Si:O:Si Si:O:H + H:O:Si网络构成者 一些杂质会被有意掺入热淀积 SiO2中，用来

19、改善它的物理性质和电学特性， 例如硼、磷，称为网络构成者，它们可以调节有氧桥和无氧桥的比例，使得 SiO2的强度上升或 者下降。当B替代Si之后，顶角上的四个O只有三个O可以同B形成共价键，剩余的一个 O因无法与中心的B形成共价键，而变成了非桥键 O，因此SiO2网络中非桥键O增加，强度下降。当P替代Si之后，与原有的四个O形成共价键，还多余一个价电子，这个多余的价电子还 可以与近邻的一个非桥键 O形成桥键O，因此SiO2网络强度增加。网络改变者一一存在于 SiO2网络间隙的杂质为网络改变者。一般以离子形式存在，离子半 径较大，替代硅的可能性很小。例如 Na、K、Pb、Ba等都是网络改变者。网

20、络改变者往往以氧化物形式进入 SiO2中。进入网络之后便离化，并把氧离子交给SiO2网络。Na2O+ SSi-O-Si S Si -O" + O Si S+ 2 Na +网络中氧的增加，使非桥键氧的浓度增大，SiO2网络的强度减弱。13. 简述常规热氧化办法制备 SiO2介质薄膜的动力学过程，并说明在什么情况下氧化过程由反应 控制或扩散控制。迪尔-格罗夫氧化模型可以很好地预测氧化层厚度，热氧化过程主要分为以下三个过程：(1)氧化剂从气体内部以扩散形式穿过滞留层运动到气体 -SiO 2界面，其流密度用J1表示。 氧化剂以扩散方式穿过SiO2层，到达SiO2-Si界面，其流密度用J2表示

21、。(3) 氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO 2，流密度用J3表示。过程一：盖扩散穿越气体滞留层的过程 疋干潦量可以根据费克第一定律写出AB：J,，Q 仝JC =-=生A 1其M为或:：;玆曼常数，几冷霾化炉屮轨&羽分压强* 港虑某些工体门会冉穿过矢部分滞留昙S保田卜采，罠用卜一置表达更为帶班I丿广几代(q-匚)具中耳为览量角运系教 过程二=£穿过已生长的氧化濮的扩散 氧化昙表畋附的氧起氧萧的fr用a应帝|起氧漏'.CJ的作 用，建立起葩功扩散所连的派堕携C -C厶-上-Lex其中*世洱虫任弘h中的扩畝系数.过程三：氧与硅反应生成二氧化硅疫应;率弘漩量与氧滩度成上比

22、：厶W此C|当氧化剂在SiO2中的扩散系数DsiO2很小时(Dvvkstox)，则得Ci - 0 , CO - HPg，氧化剂 以扩散方式通过SiO2层运动到SiO2-Si界面处的数量极少，与Si立即发生反应生成SiO2，在 界面处没有氧化剂的堆积，浓度趋于零。因扩散速度太慢，而大量氧化剂堆积在SiO2的表面处， 浓度趋向于同气相平衡时的浓度 C。此时，SiO2的生长速率主要由氧化剂在SiO2中的扩散速度 决定，称为扩散控制。如果扩散系数DsiO2很大，Ci=C0 =HPg/(1+ks/h)。此时，进入SiO2中的氧化剂快速扩散到SiO2-Si界面处，在界面处氧化剂与 Si反应生成SiO2的速

23、率很慢，造成氧化剂在界面处堆 积，趋向于SiO2表面处的浓度。此时，SiO2生长速率由Si表面的化学反应速率控制，称为反 应控制。兰氮化刑在引中的护散系数D5i疗很小时J,则 得Ci-0 GFl® 氟化刑以护散方式ffl过引层运动 割! SiO-Si界血处的数S聶女少.与$:1立W发生反血生或 SiO,枉界而处没有氧化刑的堆积.浓度趟于畲.丙扩 Bic速度衣慢.而大量賓化刑堆积在耳6的茨而处，浓度 趋向于同气相平凑时的浓ece此时.Mid的生长速率 主5由«化笊任Si 中的护gi速度决宦.祐为扩散控制.如果扩a系数WoJ艮大、此时进 入Sid中的氟化M快速护®忌界

24、面如 在界而处 弐化村与Si.3j应生成Sid的速率很慢.适或氧化剤在界 而处堆积，趙向于Si a#而tt的浓度.此时，5ia主长 速率由Si表而的化学反应速墜控市肌称为反应挖剧.A 产沌yul Keacliuit rabt cun trailed1Uifruiurik funirulkd14. 说明影响氧化速率的因素。CO=HPg，而抛物型速率常1 ）氧化剂分压因为平衡情况下，SiO2中氧化剂的浓度数B=2D SiO2 C0/N 1，所以气体中的氧化剂分压 Pg是通过氧化剂的浓度对速率常数 B产生影响, B与Pg成正比关系。A与氧化剂分压无关。2）氧化温度产生的。由B = 2D对线性速率系数

25、B/A的影响和水汽氧化都是指数关系，激活能分别为1.83eV的能量值，说明支配线性速率常数 系为：对抛物线性速率系数B的影响是通过氧化剂在SiO2中扩散系数DsiO2 SiO2 C0/N 1可知，B与温度之间也是指数关系。线性速率常数B/A与温度的关系如图，对于干氧氧化2.00eV和1.96eV，其值接近Si-Si键断裂所需要的B/A其中，ks=k soexp(-E a/kT)的主要因素是化学反应常数ks，ks与温度的关 ksO为实验常数，Ea为化学激活能。因为B、B/A均与Pg成正比，那么在一定氧化条件下，通过改变氧化剂分压可达到改变二 氧化硅生长速率的目的。抛物型氧化速率常数B，B的大小只

26、与氧化剂在SiO2中的扩散能力有关.与硅衬底晶向无关，这是因为在氧化剂压力一一3）晶向 定的条件下，线性氧化速率常数B/A则强烈地依赖于晶面的取向，因为在氧化剂分压不是很低时气相质量 输运系数h>>k s,在这种情况下线性氧化速率常数的大小主要由化学反应常数ks决定，即由硅表面处的原子经化学反应转变为 SiO2的速率决定。表面化学反应速率是与硅表面的原子密度， 也就是与表面的价键密度有关。（111）面上的硅原子密度比（100）面上大。因此，（111）面上的 线性氧化速率常数应比（100）面上大。4）杂质影响掺磷/硼掺氯在干分子氧中加入少量（1%3% ）卤素能够显著改善SiO2特性：

27、加速反应Si-0键能为4.25eV，Si-Cl键能为0.5eV。氯气与Si反应生成的SiCI4可以与氧气反应生成SiO2，这里氯气起到了催化剂的作用。Cl-能够中和积累在表面的电荷。氯气能够与大多数重金属原子反应生成挥发性的金属氯化物，起到清洁作用。15. 简述在热氧化过程中杂质再分布的四种可能情况。如果假设硅中的杂质分布是均匀的，而且氧化气氛中又不含有任何杂质，则再分布有四种可 能。 分凝系数m V I，且在SiO2中是慢扩散的杂质，也就是说在分凝过程中杂质通过 SiO2表面损失的很少，硼就是属于这类。再分布之后靠近界面处的SiO2中的杂质浓度比硅中高，硅表面附近的浓度下降。 m v 1，且

28、在SiO2中是快扩散的杂质。因为大量的杂质通过 SiO2表面跑到气体中去，杂质损失非常厉害，使SiO2中的杂质浓度比较低，但又要保证界面两边的杂质浓度比小于1，使硅表面的杂质浓度几乎降到零，在 H2气氛中的硼就属于这种情况。 m > 1，且在SiO 2中慢扩散的杂质。再分布之后硅表面附近的杂质浓度升高，磷就属于这 种杂质。 m >I，且在SiO2中快扩散的杂质。在这种情况下，虽然分凝系数大于 1，但因大量杂质 通过SiO2表面进入气体中而损失，硅中杂质只能不断地进入 SiO2中，才能保持界面两边杂质 浓度比等于分凝系数，最终使硅表面附近的杂质浓度比体内还要低，镓就是属于这种类型的杂

29、质。对于m = 1，而且也没有杂质从SiO2表面逸散的情况，热氧化过程也同样使硅表面杂质浓度 降低。这是因为一个体积的硅经过热氧化之后转变为两个多体积的SiO2，由此，要使界面两边具有相等的杂质浓度(m = 1)，那么杂质必定要从高浓度硅中向低浓度SiO2中扩散，即硅中要k=1.38 X10-23 。消耗一定数量的杂质，以补偿增加的 SiO2体积所需要的杂质。氧化工艺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湿氧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薄膜覆盖。所需数据见下表，玻尔兹曼常数(1 )在1200 C下，采用H2O氧化，使厚度增加0.5um 需要多少时间？。(2)在1200 C下，采用干氧氧化，增加同样的厚度需要多少时间？V10. Si-SiO2界面电荷有哪几种？简述其来源及处理办法。，©）*住层昭陆电背4/I14住总6|库电册1©（1Qg可动离子电荷Qa氧化层陷阱电荷Of氧化层固定出荷SiQu界面陥阱电荷主要来源于Na+等网络改变者。可动离子电荷Qm来源：解决办法：为了降低Na+的玷污，可以在工艺过程中采取预防措施包括 使用含氯的氧化工

31、艺； 用氯周期性地清洗管道、炉管和相关的容器； 使用超纯净的化学物质； 保证气体及气体传输过程的清洁。另外保证栅材料不受玷污也是很重要的。氧化层陷阱电荷Qot来源：在氧化层中有些缺陷能产生陷阱，这些缺陷有：悬挂键；界面陷阱；硅-硅键的伸展；断键的氧原子（氧的悬挂键）：弱的硅-硅键（它们很容易破 裂，面表现电学特性）。扭曲的硅-氧键；Si-H和Si-OH键。产生陷阱电荷的方式主要有 电离辐射和热电子注入等解决办法：减少电离辐射陷阱电荷的主要方法有三种： 选择适当的氧化工艺条件以改善 SiO 2结构。为抗辐照，氧化最佳工艺条件，常用1000 °C干氧氧化。 在惰性气体中进行低温退火（15

32、0-400 C河以减少电离辐射陷阱。 采用对辐照不灵敏的钝化层，例如 A1 2O3，Si3N4等。氧化层固定电荷Qf来源：通常是由Si-SiO 2之间过渡区的结构改变引起的。该区中存在有过剩的硅离子，在氧化过程中与晶格脱开但还未完全与氧反应。处理办法：快速退火能有效地减小氧化层固定电荷密度。右图为Deal三角，说明了这种效应。来源：界面处存在的不完整化合价及不饱和键，使得电子和空穴可界面陷阱电荷Qit 以很容易地被俘获。处理办法：界面态密度与衬底晶向、氧化层生长条件和退火条件密切有关。在相同的工艺条 件下、（111）晶向的硅衬底产生的界面态密度最高，（100）晶向的最低。通过采用特殊的退火工

33、艺可以有效减少界面态密度。16数字标识部分的名称，简述其作用。11 .下图为一个典型的离子注入系统。（1）给出（2）阐述部件2的工作原理。1.离子源6.法拉第杯作用：产生注入用的离子原理：高能电子轰击（电子放电）杂质原子形成注入离子类型：高频，电子振荡，溅射气体流入一个放电腔室，热灯丝发射的电子与气体分子碰撞，当能量足够大时，气体分子被 离化。2. 质量分析器作用：将所需离子分选出来原理：带电离子在磁场中受洛伦磁力作用，运动轨迹发生弯曲由离子源引出的离子流含有各种成分，其中大多数是电离的，在BF3的例子中，我们需要仅仅拣选出B+，这样的过程通常由一个分析磁铁完成。离子束进入一个低压腔体内，该腔

34、体内的磁场方向垂直于离子束的速度方向，利用磁场对荷质比不同的离子产生的偏转作用大小不同， 最后在特定位置采用一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。任质量分祈器腔体屮有足离子速度.g是离子斫帯的屯荷S, M是吏于质a, B是磴场强度厂是曲3. 加速器作用：使离子获得所需的能量。原理：利用强电场，使离子获得更大的速度加速器的主要作用是使离子增加离子能量能够达到器件所需要的结深。用一组静电透镜将束 聚焦为一个圆斑或长条状，然后束进入一个线性静电加速器，加速器沿加速管的长度方向建立 一个电场来改变离子的能量。4. 中性束闸和中性束阱作用：使中性原子束因直线前进不能达到靶室原理：用一静电偏转板使离子束偏转

35、 50-8 0作用再进入靶室5. 扫描系统作用：使离子在整个靶片上均匀注入。方式：靶片静止，离子束在 X,Y方向作电扫描。 粒子束在丫方向作电扫描，靶片在X方向作机械运动。 粒子束静止，靶片在X,Y方向作机械运动。6. 法拉第杯作用：收集束流测量注入剂量原理：收集到的束流对时间进行积分得到束流的大小信息12.离子在靶内运动时，损失能量可分核阻滞和电子阻滞，解释什么是核阻滞、电子阻滞？两种阻 滞本领与注入离子能量具有何关系？ 碰撞注入离子与靶内原子核之间的相互碰撞。因注入离子与靶原子的质量一般为同一数量级，每次碰撞之后，注入离子都可能发生大角度的散射，并失去一定的能量。 子碰撞 注入离子与靶内自

36、由电子以及束缚电子之间的碰撞，这种碰撞能瞬时地形成电 子-空穴对。由于两者的质量相差非常大（104），每次碰撞中，注入离子的能量损失很小，而且 散射角度也非常小，也就是说每次碰撞都不会改变注入离子的动量，虽然经过多次散射，注入 离子运动方向基本不变。在一级近似下，核阻止本领与能量无关；电子阻止本领与能量的平方根成正比。在轻离子、高龍星注入条 件下占主导核阻滞当能a较低时.et,九T； a能fi较高时£ El, sHNjr"In I IINI= NwIimt Ulippng 4ns比啊严甲ICC frtHgvgwAawl £ 再aiH杵卞占主导Hsa常见杂质的

37、63;n和弘与注入能呈的次杀Sn在臬能量处右晟大位 血片离低济鼻注入条13. 采用无定形掩膜的情况下进行注入，若掩蔽膜/衬底界面的杂质浓度减少至峰值浓度的1/10000 掩蔽膜的厚度应为多少？用注入杂质分布的射程和标准偏差写出表达式。无定形靶内的纵向浓度分布可用高斯函数表示：J L窃 r % -(peak concentration=J zjxItZv = >/2不厲加尺沪其中，Rp为投影射程，Rp为投影射程的标准偏差，©为剂量。以上为浓度与深度的函 数变化关系。由于离子注入过程的统计特性，离子也有穿透掩蔽膜边缘的横向散射，因此分布 应考虑为二维的，既有横向也有纵向的标准偏差。

38、射程估算：Ec大很多，则离子在靶内主要以电子阻止形式损失能量， 可按下式估算如果注入离子能量比射程：R ?/?EvvE c ,离子在靶内主要以核阻止形式损失能量，则得射程R的表达如果注入离子的能量 式为：R ?型Si衬底内，能量75eV，剂量为1 X1014cm -2。硅片相对于离子束14. As注入到轻掺杂的 P做7°倾斜，使其貌似非晶。假设对注入区进行快速退火，结果得到了完全的电激活，其峰值电 子浓度为多少？所需参数可参考下图。K*(taV>ttlOceV15. 什么是离子注入的横向效应？同等能量注入时，As和B哪种横向效应更大？为什么?横向效应：注入的离子在垂直于入射方向

39、平面内的分布情况。的横向效应更大，因为质量小的离子速度更横向效应与注入离子的种类和离子能量有关。高，与靶材原子作用时间短。82-OOOS0000-8S_沁匕V注入建中AA FJiS0M怕T等歧（时以不同Sts向星入 S0UV IQOtcV 150 teV200 irV16. 什么是离子分布的偏斜度和峭度，和标准高斯分布有什么区别？?非对称性常用偏斜度丫（skewness）表示：尸壬? 丫为负值表明杂质分布在表面一侧的浓度增加，即X < Rp区域浓度增加。畸变用峭度P （kurtosis）表示：p = ?|,峭度越大，高斯曲线的顶部越平，标准高斯曲线的峭度为3 0LSS的理论是呈标准的高斯

40、分布，不同的杂质会不同程度地偏离对称的高斯分布。如图中所17. 热退火用于消除离子注入造成的损伤，温度要低于杂质热扩散的温度，然而，杂质纵向分布仍 会出现高斯展宽与拖尾现象，解释其原因。?离子注入后会对晶格造成简单晶格损伤和非晶层形成；?损伤晶体空位密度大于非损伤晶体，且存在大量间隙原子和其他缺陷，使扩散系数增大,扩散效应增强；故，虽然热退火温度低于热扩散温度，但杂质的扩散也是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现 象。18. 什么是离子注入中常发生的沟道效应(Cha nn eli ng )和临界角？怎样避免沟道效应？ 沟道效应：对晶体靶进行离子注入，当离子速度方向平行于主晶轴时，将很少受到核碰撞，

41、 离子将沿沟道运动，注入深度很深。由于沟道效应，使注入离子浓度的分布产生很长的拖尾，对于轻原子注入到重原子靶时，拖 尾效应尤其明显。解决办法：A. 偏离轴注入，采用7。的倾斜角，但并不能完全消除沟道效应。B. 注入前破坏晶格结构，使用Si、F或Ar离子注入完成硅的预非晶化。C. 使用薄的屏蔽氧化层，使离子进入晶体前的速度方向无序化，但会将部分氧注入晶体。(1)偏轴注入：一般选取57倾角，入射能量越小，所需倾角越大 (2 )衬底非晶化预处理：进行一次高剂量 A叶注入，使硅表面非晶化(3 )非晶层散射：表面生长 200250?二氧化硅(Screen Oxide)，使入射离子进入硅晶体 前方向无序化

42、(4)注入杂质的自非晶化效应：重杂质(As)，高剂量注入。19. 什么是固相外延(SPE)及固相外延中存在的问题？固相外延是指半导体单晶上的非晶层在低于该材料的熔点或共晶点温度下外延再结晶的过程。固相外延存在问题一一射程末端缺陷EOR高剂量注入促使硅非晶化，而稳定的位错环是高剂量注入的一个突出特点，非晶区以固相外 延方式生长后，位错环的最大浓度在非晶和晶体硅的界面。这些位于最初的非晶/单晶(a/c )界面的缺陷称为射程末端(EOR,End-of-Range) 缺陷。形成射程末端缺陷的原因在于 a/c界面 的一侧有大量的非晶化阈值损伤。若位错环位于PN结耗尽区附近，会产生大的漏电流。位错环与金属

43、杂质结合时更严重。选择的退火过程应当能够产生足够的杂质扩散，使位错环处于高掺杂区，同时又被阻挡在器 件工作时的耗尽区之外。20. 简述硼和磷的退火特性。tnk”十"1"屮心丿1 ? / 2 /z /J*F 丿1,ni 严:/ .J t亠ijJtlll' /Si : /-1 f 1 &t1| KIHILCVO儿二n*fiLJ.1h" 4arj "qh?run cm 而S'硼退火特性电激活比例：自由载流子数P和注入剂量Ns的比对于低剂量的情况，随退火温度上升，电激活比例增大。对于高剂量情况，可以把退火温度分为三个区域：在区域I中，随退

44、火温度上升，点缺陷的移动能力增强，因此间隙硼和硅原子与空位的复 合几率增加，使点缺陷消失，替位硼的浓度上升，电激活比例增加，自由载流子浓度增大。当退火温度在500-600 C的范围内，点缺陷通过重新组合或结团，降低其能量。因为硼原 子非常小，和缺陷团有很强的作用，很容易迁移或被结合到缺陷团中，处于非激活位置，因 而出现随温度的升高而替位硼的浓度下降的现象，也就是自由载流子浓度随温度上升而下降 的现象（逆退火特性）。在区域m中，硼的替位浓度以接近于5eV的激活能随温度上升而增加，这个激活能与升温 时Si自身空位的产生和移动的能量一致。 产生的空位向间隙硼处运动，因而间隙硼就可以进 入空位而处于替

45、位位置，硼的电激活比例也随温度上升而增加。实际退火条件，要根据注入时靶温、注入剂量及对材料性能的要求来选择。注入剂量低， 不发生逆退火现象，退火温度不需要太高。1012/cm 2，800度，几分钟。室温注入与靶温较高时注入时，产生非晶区的临界剂量不同，退火要求也不同。磷退火特性图中虚线所表示的是损伤区还没有变为非晶层时的退火性质，实线则表示非晶层的退火性 质。对于1X10 15/cm 2和5X10 15/cm 2时所形成的非晶层，退火温度在 600 C左右，低于剂量 为1014左右没有形成非晶层时的退火温度，这是因为两种情况的退火机理不同。非晶层的退火效应是与固相外延再生长过程相联系的，在再生

46、长过程中，V族原子实际上与硅原子是难以区分，被注入的 V族原子P在再结晶过程中与硅原子一样，同时被结合到晶 格位置上。21. 简述RTP设备的工作原理，相对于传统高温炉管它有什么优势？）。RTP工艺是一类单片热处理工艺，其目的是通过缩短热处理时间和温度或只缩短热处理时间 来获得最小的工艺热预算（Thermal BudgetRTP工艺的发展，是为了适应等比例缩小器件结构对杂质再分布的严格要求；最早的 RTP 工艺主要用于注入后的退火。目前，RTP工艺的应用范围已扩展到氧化、化学气相淀积和外延生长等领域。杂质的再分布 问题随着器件等比例缩小到深亚微米阶段，源、漏区的PN结结深要求做得非常浅。离子注

47、入后的杂质，必须通过足够高温度下的热处理，才能具有电活性，同时消除注入损伤。传统的高温炉管工艺，由于升、降温缓慢和热处理时间长，从而造成热处理过程中杂质的再 分布问题严重，难以控制 PN结结深。最早的RTP工艺，就是为了离子注入后退火而开发的。RTP设备与传统高温炉管的区别? 加热元件：RTP采用加热灯管，传统炉管采用电阻丝硅片? 温度控制：传统炉管利用热对流及热传导原理，使硅片与整个炉管周围环境达到热平衡， 温度控制精确；而RTP设备通过热辐射选择性加热硅片，较难控制硅片的实际温度及其 均匀性。? 升降温速度：RTP设备的升、降温速度为10-200 C/秒，而传统炉管的升、降温速度 为5-5

48、0 C /分钟。? 传统炉管是热壁工艺，容易淀积杂质；RTP设备则是冷壁工艺，减少了硅片沾污。? 生产方式：RTP设备为单片工艺，而传统炉管为批处理工艺。? 传统炉管的致命缺点是热预算大，无法适应深亚微米工艺的需要；而 RTP设备能大幅降 低热预算。22. 简述RTP在集成电路制造中的常见应用。1）杂质的快速热激活RTP工艺最具吸引力的的热点之一是晶圆片不用达到热平衡状态，意味着电活性的有效掺杂实际上可以超过固溶度限制。例如，对砷进行数毫秒的退火，它的激活浓度可达到3 X1021左右，大约是其固溶度的10倍。因为，在短时间的退火过程中，砷原子没有足够的时间来形成聚团并凝聚成无活性的缺 陷。2）

49、介质的快速热加工快速热氧化（RTO）可以在合适的高温下通过精确控制的气氛来实现短时间生长薄氧层。（干氧方法）RTO生长的氧化层具有很好的击穿特性，电性能上坚固耐用。由于不均匀温度分布产生的晶圆片内的热塑应力影响了RTO的均匀性。若适当冷却反应腔壁，可以用作冷壁工艺，防止腔壁污染后续工艺。3）硅化物和接触的形成快速热处理也经常被用于形成金属硅化物接触，其可以仔细控制硅化反应的温度和环境气 氛，以尽量减少杂污染，并促使硅化物的化学配比和物相达到最理想的状态。形成阻挡层金属也是RTP在Si技术中的一个应用，这些导电的阻挡层金属可以阻止硅衬 底和用于器件互联的Al基合金之间的互扩散。另外RTP还可以在

50、GaAs工艺中用于接触的形成，淀积一层金锗混合物并进行热退火， 可以在N型GaAs材料上形成低阻的欧姆接触。23. 对RTP来说，很难在高温下处理大直径晶圆片而不在晶圆片边缘造成热塑应力引起的滑移。分析滑移产生的原因。如果温度上升速度加快后，滑移现象变得更为严重，这说明晶圆片表面上 的辐射分布是怎样的？硅片热不均匀的因素三个因素造成硅片的热不均匀问题（硅片边缘温度比中心低）：圆片边缘接收的热辐射比圆片中心少圆片边缘的热损失比圆片中心大气流对圆片边缘的冷却效果比圆片中心好边缘效应造成的温度梯度通常在几十甚至上百度，不仅导致热处理工艺的不均匀，且可能造 成滑移等缺陷和硅片的翘曲。24. 物理气相淀

51、积最基本的两种方法是什么？简述这两种方法制备薄膜的过程。物理气相淀积：蒸发Evaporation 、溅射Sputtering热蒸发法：在真空条件下，加热蒸发源，使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸气流并入射到衬底表面，凝结形成固态薄膜。溅射概念与机理：基本原理，真空腔中有一个平行板等离子体反应器，非常类似于简单的反 应离子刻蚀系统。将靶材放置在具有最大离子电流的电极上，高能离子将所要淀积的材料从靶材中轰击出来。 靶与晶圆片相距十分近（小于10cm），出射原子大部分能被晶圆所收集。25. 热蒸发法淀积薄膜的淀积速率与哪些因素有关？淀积速率的测量采用什么办法？简述其工作原 理。淀积速率与蒸发材料

52、温度 腔体形状等因素有关。淀积速率通常用石英晶体速率指示仪测量。所用器件为一个谐振板，它可以在谐振频率下振 荡，工作时测量其振荡频率。原理：因为晶体顶部有材料蒸发淀积，所外加的质量将使得频率偏移，由测得的频率移动可 得出淀积速率。淀积足够厚的材料后，谐振频率会移动几个百分点，振荡器便会失效，不再出现尖锐谐振。 将频率测量系统的输出与机械挡板的控制相连，淀积层厚度可以在很宽的淀积速率范围内得 到很好的控制。同时可以将淀积厚度的时间速率变化反馈给坩埚的温度控制，以得到恒定的淀积速率。26. 什么是溅射产额，其影响因素有哪些？简述这些因素对溅射产额产生的影响。平均出射原子数溅射产额：S=；入射离子数

53、影响因素：离子质量、离子能量、靶原子质量、靶的结晶性只有当入射离子的能量超过一定能量（溅射阈值）时，才能发生溅射，每种物质的溅射阈值与 被溅射物质的升华热有一定的比例关系。随着入射离子能量的增加，溅射率先是增加，其后是一个平缓区，当离子能量继续增加时， 溅射率反而下降，此时发生了离子注入现象。溅射产额与入射离子种类的关系：溅射产额S依赖于入射离子的原子量，原子量越大，则溅射率越高。溅射产额也与入射离子的原子序数有密切的关系， 呈现出随离子的原子序数周期性变化关系, 凡电子壳层填满的元素作为入射离子，则溅射率最大。因此，惰性气体的溅射率最高，氩通常被选为工作气体，氩被选为工作气体的另一个原因是

54、可以避免与靶材料起化学反应。溅射产额与入射角度的关系：溅射产额对角度的依赖性于靶材料及入射离子的能量密切相关。金、铂、铜等高溅射产额材料一般与角度几乎无关。Ta和Mo等低溅射产额材料，在低离子能量情况下有明显的角度关系，溅射产额在入射 角度为40 °左右时最大。低能量时，以不完整余弦的形式分布，最小值存在于接近垂直入射处；高能量溅射产额近?羽?似为：S *?嬴，0为靶的法线与入射离子速度矢量的夹角。 r r r r r Y " 27. 当靶不断远离硅片时，用溅射淀积填充窄沟槽的底部的能力是如何改变的？忽略任何气相碰撞 的影响。28. 常用溅射技术有哪几种，简述它们的工作原理

55、和特点。直流溅射惰性气体，如氩，送入低压下的溅射腔体，电压加在电极上产生等离子体。加 负直流电压的的是顶电极为需要淀积的源材料，例如铝或铝压板，作为靶材。硅片放置于底电 极上，高能粒子撞击靶材，溅射出靶原子，这些原子以蒸汽形式自由走过等离子体撞击到硅片 表面，凝聚并形成薄膜。射频溅射一一 直流溅射方法的前提之一是靶材应具有较好的导电性。射频溅射是一种能适用于各种金属和非金属材料的一种溅射淀积方法。在两个电极之间接上高频电场时，因为高频电场可以经由其他阻抗形式耦合进入淀积室，不 必要求电极一定是导电体。射频方法可以在靶材上产生自偏压效应.即在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一 个负电位，这将导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射。在实际应用中，射频溅射的交流辉光放电是在 13.56MHz下进行的。反应溅射一一采用以纯金属作为溅射靶材，但在工作气体中通入适量的活性气体，使其在溅 射淀积的同时生成特定的化合物，这种在淀积的同时形成化合物的溅射技术被称为反应溅射方 法。偏压溅射：溅射刻蚀和偏压溅射淀积溅射刻蚀：在淀积前的一个短时间内，将衬底和靶的电学连接相颠倒，可以使得衬底发生溅 射而不是靶材，这样可以从晶圆片表面去除自然氧化物和残留的玷污。对于简单的磁控系统，如果衬底和淀积材料是导体，可以调