半导体制造技术

1、1. 分别简述 RVD 和 GILD 的原理，它们的优缺点及应用方向。（1）RVD（快速气相掺杂）原理：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。优缺点：不受注入所带来的一些效应的影响，如：沟道效应、晶格损伤或使硅片带电等。然而，需要在较高的温度下完成。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。应用方向：DRAM中电容的掺杂，深沟侧墙的掺杂，以及CMOS浅源漏结的制造等。（2）GILD （气体浸没激光掺杂）原理：用准分子激光器照射

2、使硅表面变为液体层，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进入该液体层，快速并均匀扩散至整个融化层中，激光照射停止后，液体层结晶，杂质进入激活的晶格位置，形成均匀掺杂的表面薄层。优缺点：只有表面受到照射且时间很短，表面杂质分布均匀陡峭，硅体内杂质处于低温，杂质分布不受影响，缺点是效率太低。应用方向：突变型分布及超浅结的掺杂。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？按照原始杂质源在室温下的相态，可分为固态源、液态源和气态源扩散。固态源扩散典型的有开管扩散，箱法扩散和涂源法扩散。其中开管扩散具有良好的重复性和稳定性；箱法扩散具有良好的均匀性；涂源法扩散工艺简单

3、，但表面浓度难以控制，只适用于杂质浓度控制要求不高的器件制造。液态源扩散相对固态源来说，系统简单，操作方便，成本低，效率高，重复性和均匀性都很好，但对源瓶的密封性有较高的要求。气态源扩散系统则更为简洁，但其气态杂质源多为氢化物或卤化物，毒性很大，易燃易爆，具有一定的危险性。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。杂质原子的扩散方式主要有替位式扩散和填隙式扩散两大类。其中替位式扩散分为交换式和空位式。交换式是由于两相邻原子由于有足够高的能量，互相交换位置。空位式是由于有晶格空位，相邻原子能移动过来。间隙式分为挤出机制和

4、Frank-Tumbull机制，挤出机制中，杂质原子踢出或挤出晶格位置上的硅原子，进入晶格位置，Frank-Tumbull机制中，杂质原子以间隙的方式进行扩散运动，遇到空位可被俘获，称为替位杂质。氧化增强扩散机理：（小原子，可以在间隙中移动）硅氧化时，在Si-SiO2界面附近产生了大量的填隙Si原子，这些过剩的填隙Si原子在向硅内扩散的同时，不断与空位复合，使这些过剩的填隙Si原子的浓度随深度而降低。在表面附近，过剩的填隙Si原子可以和替位B相互作用，从而使原来处于替位的B变为填隙B。当填隙B的近邻晶格没有空位时，填隙B就以填隙方式运动；如果填隙B的近邻晶格出现空位时，填隙B又可以进入空位变为

5、替位B。这样，杂质B就以替位-填隙交替的方式运动，其扩散速度比单纯的替位式扩散要快。氧化阻滞扩散机理：用锑代替硼的扩散实验表明，氧化区正下方锑的扩散结深小于氮化硅保护区下方的扩散结深，说明在氧化过程中锑的扩散被阻滞。这是因为控制锑扩散的主要机制是空位。在氧化过程中，所产生的过剩间隙硅原子在向硅内扩散的同时，不断地与空位复合，使空位浓度减小，从而降低了锑的扩散速度。4. 写出菲克第一定律和第二定律的表达式，并解释其含义。菲克第一定律： 其中：C为杂质浓度；D为扩散系数(单位为cm2/s)； J为材料净流量（单位时间内流过单位面积的原子个数） 如果在一个有限的基体中杂质浓度C(x, t)存在梯度分

6、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 ，比例系数D定义为杂质在基体中的扩散系数。菲克第二定律： 菲克第二定律是在第一定律的基础上推导出来的。菲克第二定律指出，在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值。5. 以 P2O5为例，多晶硅中杂质扩散的方式及分布情况。多晶硅中杂质主要有三种扩散模式：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

7、C类分布。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。恒定表面源扩散： 边界条件： 扩散开始时的初始条件 表面浓度恒定 无穷远处浓度为零 初始条件： 分布函数： erfc为余误差函数， 为特征扩散长度 特点：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。 结的位置xj与扩散系数D和扩散时间t的平方根成正比。D与温度T 是指数关系，所以在扩散过程中，温度对扩散深度和杂质分布的影响 较大。 在Cs和CB一定的情况下，pn结越深，在结处的杂质浓度梯度就越小。有限表面源扩散： 边界条件： 扩散长

8、度远大于杂质初始分布宽度 杂质总量为QT 无穷远处杂质为0 表面处杂质浓度梯度为0 初始条件： 分布函数： 特点：有限表面源扩散的表面浓度Cs随时间而降低；扩散温度相同时，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。 对于有限源扩散来说，扩散时间较短时，结深xj将随(Dt)1/2的增加 而增加。在杂质分布形式相同的情况下，CB越大，结深越浅。 杂质浓度梯度将随扩散结深的增加而减小。7. 什么是两步扩散工艺，其两步扩散的目的分别是什么？两步扩散是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

9、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。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。第一步的目的是为了控制扩散杂质的数量。 第二步的目的是为了控制表面浓度和扩散深度。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）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

10、积过程中的(Dt)predop，推导出推进扩散过程中(Dt)drive-in的表达式。（1） 两步扩散工艺： 预淀积，恒定表面源扩散 （2） 推进扩散，有限表面源扩散 预淀积，恒定表面源扩散 9. 简述几种常用的氧化方法及其特点。（1）干氧氧化：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；但是干氧氧化法的生长速率慢。（2）水汽氧化：水比氧气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：其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，其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

11、10. 说明 SiO2的结构和性质，并简述结晶型 SiO2和无定形 SiO2的区别。 结构及性质：中心是Si原子，四个顶点上是O原子，顶角上的4个O原子正好与Si原子的4个价电子形成共价键。相邻的Si-O四面体是靠Si-O-Si键桥连接。其密度一般为2.20g/cm3，熔点1700左右，折射率为波长的函数，密度和折射率较大，化学性质十分稳定，室温下只与氢氟酸发生反应。 结晶型SiO2：由Si-O四面体在空间规则排列构成，每个顶角的O原子与两个相邻四面体中心的Si原子形成共价键。Si-O-Si键桥的角度为144o；无定型SiO2：Si-O四面体的空间排列没有规律，Si-O-Si键桥的角度不固定，

12、在110-180o之间，峰值144o。相比之下，无定型SiO2网络疏松，不均匀，有孔洞。11. 以 P2O5为例说明 SiO2的掩蔽过程。当P2O5与SiO2接触时，SiO2就转变为含磷的玻璃体（PSG），其变化过程如图所示； (a) 扩散刚开始，只有靠近表面的SiO2转变为含磷的玻璃体。 (b) 大部分SiO2层已转变为含磷的玻璃体。 (c) 整个SiO2层都转变为含磷的玻璃体。(d) 在SiO2层完全转变为玻璃体后，又经过一定时间，SiO2层保护的硅中磷已经扩进一定深度。12. 简述杂质在 SiO2的存在形式及如何调节 SiO2的物理性质。一些杂质会被有意掺入热淀积SiO2中，用来改善它的

13、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。 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。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。常规热氧化制备SiO2介质薄膜的动力学过程分为三个阶段：（1） 氧化剂从气体内部以扩

14、散形式穿过滞留层运动到气体SiO2界面；（2） 氧化剂也扩散方式穿过SiO2层，到达SiO2-Si界面，表面SiO2层上吸附氧起氧源作用，SiO2-Si界面起氧漏作用，建立起驱动扩散所需的浓度梯度；（3） 氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO2，反应速率和氧浓度成正比。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。当氧化剂在SiO2中的扩散系数DSi

15、O2很小时(D<<kstox)，则得Ci0，C0HPg，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。14. 说明影响氧化速率的因素。（1）氧化剂分压因为平衡情况下，SiO2中氧化剂的浓度C0=HPg，而抛物型速率常数B=2DSiO2C0/N1，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。

16、A与氧化剂分压无关。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。（2） 氧化温度温度对抛物型速率常数B的影响是通过氧化剂在SiO2中扩散系数DSiO2产生的。由B2DSiO2C0N1可知，B与温度之间也是指数关系。（3） 晶向抛物型氧化速率常数B，与硅衬底晶向无关，这是因为在氧化剂压力一定的条件下，B的大小只与氧化剂在SiO2中的扩散能力有关。线性氧化速率常数B/A则强烈地依赖于晶面的取向，因为线性氧化速率常数由表面化学反应速率决定，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

17、)面上大。（4） 杂质影响 在氧化层中掺杂入P、B提供了更多的空位，加快了氧化速率；掺杂卤素，例如 Cl，催化反应的同时还能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。掺有杂质的硅在热氧化过程中，在Si-SiO2界面上的平衡杂质浓度之比定义为分凝系数。热氧化过程中杂质再分布有以下四种可能情况：（1） ml，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。（2） m1，且在SiO2中是快扩散的杂质。因为大量

18、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。（3） m1，且在SiO2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。（4） ml，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质。 对于m1，而且也没有杂质从SiO2表面逸散的情况，热氧化

19、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(m1)，那么杂质必定要从高浓度硅中向低浓度SiO2中扩散，即硅中要消耗一定数量的杂质，以补偿增加的SiO2体积所需要的杂质。16. 一片硅片由 0.3um 厚的 SiO2薄膜覆盖。（1）在 1200下，采用 H2O 氧化，使厚度增加 0.5um 需要多少时间？。（2）在 1200下，采用干氧氧化，增加同样的厚度需要多少时间？所需数据见下表，玻尔兹曼常数 k=1.38×10-23。（1） 在 1200下，采用 H2O 氧化，有 初始氧化需要时间为 增长到0

20、.8需要 因此，对一个0.3的薄膜使厚度增加0.5需要或者47.1minutes。（2）在 1200下，干氧条件下 初始氧化需要时间为2.206hr，增长到0.8需要14.217hr，因此增长同样的厚度需要12hr。17. Si-SiO2界面电荷有哪几种？简述其来源及处理办法。（1）可动离子电荷Qm，主要来源于碱性金属离子，例如K+，Na+等网络改变者。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。（2）氧化层陷阱电荷Qot，在氧化层中有

21、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。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SiO2结构。为抗辐照，氧化最佳工艺条件，常用1000干氧氧化。在惰性气体中进行低温退火(150-400)可以减少电离辐射陷阱。采用对辐照不灵敏的钝化层，例如A12O3，Si3N4等。（3）氧化层固定电荷Qf，主要由Si-SiO2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

22、但还未完全与氧反应。快速退火能有效地减小氧化层固定电荷密度。（4）界面陷阱电荷Qit，主要由于界面处存在的不完整化合价及不饱和键，使得电子和空穴可以很容易地被俘获。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艺可以有效减少界面态密度。18.下图为一个典型的离子注入系统。（1）给出 16 数字标识部分的名称，简述其作用。（2）阐述部件 2 的工作原理。（1）1：离子源，用于产生诸如用的离子 2：分析磁块，用于分选所需荷质比的离子 3：加速器，使离子获得所需能量 4：中性束闸与中性

23、束阱，使中性原子束因直线前进不能达到靶室 5：扫描板，使离子在X和Y方向可移动，实现整个靶片的均匀注入 6：法拉第杯，收集束流测量注入剂量。（2） 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，离子束进入一个低压腔体内，该腔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，偏转半径由公式 得出最后在特定半径位置采用一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。19.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？核阻滞即核碰撞，是注入离子与靶内原子核之间的相互碰撞。因两者质量是一个数量级，一次

24、碰撞可以损失较多能量，且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置，留下空位，形成缺陷。电子阻滞即电子碰撞，是注入离子与靶内自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。因离子质量比电子大很多，每次碰撞离子能量损失很少，且都是小角度散射，且方向随机，故经多次散射，离子运动方向基本不变。在低能区：核阻滞本领占主要地位，电子阻滞可以忽略不计；在中能区：和阻滞本领和电子阻滞本领同等重要，必须同时考虑；在高能区：电子阻滞本领占主导地位，核阻滞本领可以忽略；核阻滞本领随注入离子能量的增加先增强后减弱；电子阻滞本领与注入离子能量的平方根成正比，。20.采用无定形掩膜的情况下进行注

25、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。 因此，21.As 注入到轻掺杂的 P 型 Si 衬底内，能量 75eV，剂量为 1×1014cm-2。硅片相对于离子束做 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。由图可得， 因此， 22. 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？ 离子注入的横向效应是指，注入过程中，除了垂直方向外，离子还向掩膜的横向方向移动，导致实际注入区域大于

26、掩膜窗口的效应。B的横向效应更大，因为在能量一定的情况下，轻离子比重离子的射程要深并且标准偏差要大。23. 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？表征高斯分布是对称的离子分布。离子分布的非对称性常用偏斜度表示，有为负值表明杂质分布在表面一侧的浓度增加，即区域浓度增加，杂质分布曲线相对于标准高斯分布会向一边（左边）倾斜。畸变用陡峭，有，峭度越大，高斯曲线的顶部越平，标准高斯曲线的峭度为3.24.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

27、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。25. 什么是离子注入中常发生的沟道效应（Channeling）和临界角？怎样避免沟道效应？沟道效应：当离子速度方向平行于主晶轴时，将很少受到核碰撞，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。临界角：，其中，E为入射能量，单位为keV，d为沿离子运动方向上的原子间距，单位为Å。如果离子的速度矢量与主要晶轴方向的夹角要大得多，则很少发生沟道效应。

28、靶内某次的散射结果可能会使入射离子转向某一晶轴方向，但是由于这种事件发生的概率较小，因此对注入离子峰附近的分布并不会产生实质性的影响。具体解决办法有以下几种：（1）偏离轴注入，采用7°的倾斜角，但并不能完全消除沟道效应。（2）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。（3）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。26.什么是固相外延（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。热退火的过程就是一个固相外延的过程。没有外延的再结晶过程不属于固相外延。高剂量注

29、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。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。27. 简述硼和磷的退火特性。 对于高剂量情况，可以把退火温度分为三个区域：Ø 在区域I中，随退火温度上升，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

30、硼的浓度上升，电激活比例增加，自由载流子浓度增大。Ø 当退火温度在500-600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）。Ø 在区域中，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位位置，硼的电激活比例也随温度上升而增加硼退火特性：电激活比例:自由载流子数p和注入

31、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。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11015/cm2和51015/cm2时所形成的非晶层，退火温度在600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。（第二章第四页）28. 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工作原理：早期RTP

32、设备一般采用改变反射腔形状或灯泡间距的方法；现在RTP设备设计采用分区加热概念实现：把灯泡分成多个可独立控制的加热区，可提供多种不同的功率分布。优势：1、升降温速度快：RTP设备的升、降温速度为10-200 /秒，而传统炉管的升、降温速度为5-50 /分钟。2、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。3、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。29.简述 RTP 在集成电路制造中的常见应用。 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。（1） 杂质的快速热激活（2） 介质的快速热加工（3）

33、硅化物和接触的形成。30.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？因为边缘效应造成的温度梯度（硅片边缘温度比中心低几十甚至上百度）导致滑移甚至硅片的翘曲，主要有以下三种原因：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。辐射分布为中心多，边缘少。31. 物理气相淀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。蒸发和溅射。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

34、出，形成蒸气流并入射到衬底表面，凝结形成固态薄膜。溅射法：离子束溅射为例，它由离子源、离子引出极和沉积室3大部分组成，在高真空或超高真空中溅射镀膜法。利用直流或高频电场使惰性气体（通常为氩）发生电离，产生辉光放电等离子体，电离产生的正离子和电子高速轰击靶材，使靶材上的原子或分子溅射出来，然后沉积到基板上形成薄膜。32.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。 根据淀积速率公式 可知淀积速率与蒸发材料、温度、腔体形状有关。淀积速率通常用石英晶体速率指示仪测量，所用器件是一个谐振器板，它可以在谐振频率下振荡，工作时测量器振荡频率。因为晶体顶部有材料蒸发

35、积淀，所外加的质量将使得频率偏移，由测得得频率移动可得出淀积速率。33. 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。溅射产额定义为平均射出原子数（靶材原子）与入射离子束（一般为Ar离子）的比值，表示正离子轰击作为阴极材料的靶材时，平均每个正离子能从靶材上打出的原子数目。（1） 与入射离子能量的关系 入射离子能量超过溅射阈值，发生溅射；入射离子能量增加，溅射率增加； 入射离子能量继续增加，溅射率下降，发生离子注入现象。（2） 与入射离子种类的关系 原子量越大，溅射率越高；电子壳层填满的元素作为入射离子，则溅射率最大。故惰性气体的溅射率可取到极大 值。（3） 与被溅射物质

36、种类的关系 一般规律：随靶元素原子序数增加而增大。（4） 与离子入射角的关系 入射角：离子入射方向与被溅射靶材料表面法线之间的夹角。 S随入射角的增加，以正切规律增加；当入射角接近80o时，溅射率迅速下降。34.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。 靶材越远，到达角越小，相当于淀积目标面积越小，因此填充窄沟槽底部的效果越好。但是这样做的后果是溅射淀积的效率降低了。35. 常用溅射技术有哪几种，简述它们的工作原理和特点。（1）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

37、，例如铝或铝压板，作为靶材。硅片放置于底电极上，高能离子撞击靶材，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。特点：在较低的气压条件下，溅射率较低；随着气体压力的升高，电子的平均自由程减少，原子的电离几率增加，溅射电流增加，溅射速率提高；但当气体压力过高时，溅射出来的靶材原子在飞向衬底的过程中将会受到过多的散射，因而其淀积到衬底上的速率反而下降；因此随着气压的变化，溅射淀积的速率会出现一个极值；此外，淀积速率与溅射功率(或溅射电流的平方)成正比、与靶材和衬底之间的间距成反比。（2）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。Ø

38、特点：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l3.56MHz下进行的。 （3）反应溅射：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。缺点：随着活性气体压力和溅射功率的增加，靶材表面也可能形成一层化合物，这可能会降低材料的溅射和淀积速率。（4）偏压溅射：偏压溅射是在一般溅

39、射装置的基础上，将衬底的电位与接触阳极（即真空室）的电位分开设置，在衬底与等离子体之间有目的地施加一定大小的 偏置电压，吸引一部分离子流向衬底，用改变入射到衬底表面的带电粒子的数量和能量的手段，达到改善薄膜微观组织与性能的目的的方法。36.下图是硅烷反应淀积多晶硅的过程，写出发生反应的方程式，并简述其中 15 各步的含义。反应式为：（1）反应物扩散到晶圆片表面；（2）反应物表面吸附；（3）化学反应释放出硅；（4）气体副产物解吸附离开晶圆片表面；（5）气体副产物离开气体滞留层并被排除反应器。37.对于某种薄膜的 CVD 过程，淀积温度为 900，质量传输系数 hG=10cm s-1，表面反应速率

40、系数 ks=1×107exp(-1.9eV/kT)cm s-1。现有以下两种淀积系统可供选择(1)冷壁，石墨支座型；(2) 热壁，堆放硅片型。应该选用哪种类型的淀积系统并简述理由。 比hG（10.0）要小得多。因此ks<<hG，该系统为表面反应控制，对温度控制要求较高，因此应当选用热壁堆放硅片型系统。38.CVD 淀积过程中两个主要的限制步骤是什么？它们分别在什么情况下会支配整个淀积速率？ 两个主要限制步骤为：反应剂在边界层中的输运（质量输运）和反应剂在衬底表面的化学反应（化学反应）。根据淀积速率的表达式 hgks，Cs趋于Cg，淀积速率受表面化学反应速率控制。反应剂数量

41、：主气流输运到硅片表面的表面化学反应所需要的。 hgks，Cs趋于0，淀积速率受质量输运速率控制。反应剂数量：表面化学反应所需要的主气流输运到硅片表面的。39. 简述 APCVD、LPCVD、PECVD 的特点。 APCVD为常压化学气相沉积，由于反应速率快，CVD系统简单，适于较厚的介质沉积，然而台阶覆盖性差；膜厚均匀性差；容易发生异质淀积形成颗粒；效率低，一般是由质量输运控制淀积速率（hg<<ks）在LPCVD系统中，因为低压使得扩散率增加，因此hg变大使得hg>>ks，生长速率受表面化学反应控制，与气流的均匀性无关，硅片可以竖直紧密排列，容量大。但淀积速率慢，生长

42、温度高，并且存在气缺现象。用稀释气体的情况下，通过降低压强就可以降低气相成核。等离子体增强化学气相淀积(PECVD)是目前最主要的化学气相淀积系统。APCVD和LPCVD都是利用热能来激活和维持化学反应，而PECVD是通过射频等离子体来激活和维持化学反应，受激发的分子可以在低温下发生化学反应，所以淀积温度比APCVDLPCVD低（200-350），淀积速率也更高，淀积的薄膜具有良好的附着性、低针孔密度、良好的阶梯覆盖及电学特性。由于PECVD与非等离子体CVD相比，淀积过程有更多的非平衡特点，故也可以更容易地改变薄膜性质（组成、密度、应力等），并且对于特定的应用可修正这些性能。然而，这也会使薄

43、膜产生不希望有的组分或者性质，如副产品或气体分子结合进薄膜。40. 简述外延薄膜的生长过程，其最显著的特征是什么？生长过程：传输：反应物从气相经边界层转移到Si表面；吸附：反应物吸附在Si表面；化学反应：在Si表面进行化学反应，得到Si及副产物；脱吸：副产物脱离吸附；逸出：脱吸的副产物从表面转移到气相，逸出反应室；加接：生成的Si原子加接到晶格点阵上，延续衬底晶向生长特征：横向二维的层层生长41.影响外延薄膜的生长速度的因素有哪些？（1）温度 温度较低时，生长速率对温度的变化非常敏感，生长速率完全由表面化学反应控制。温度较高时，生长速率对温度的变化不敏感，生长速率由气相质量输运控制，并且对反应

44、室的几何形状和气流有很大的依赖性。因此，外延温度应当选在高温区，使得生长速率处于质量输运控制范围，温度的微小波动不会影响生长速率显著变化。（2）反应剂浓度 外延生长速率由以下两因素较慢的一个决定：还原反应析出硅原子的速率；被释放出来的鬼原子再衬底上生成单晶层的速率。（3）气流速率 气体速度越大，边界层越薄，相同时间内转移到单位衬底表面上的反应剂数量越多，外延层生长速率也越快；当气流大道一定程度时，外延层的生长速率基本不随气体流量增大而加快。因为此时边界层厚度很薄，输运到衬底表面的反应剂数量可能超过外延温度下的化学表面反应需要的数量，此时生长速率由化学反应速率决定。（4）衬底晶向 不同晶面的键密

45、度不同，键合能力存在差别，会对生长速率产生一定影响。共价键密度小，键合能力差，生长速率慢，例如（1 1 1）晶面；共价键密度大，键合能力强，生长速率快，例如（1 1 0）晶面。42.下图为硅外延生长速度对 H2中 SiCl4摩尔分量的函数曲线，试分析曲线走势，并给出其变化的原因。外延生长速率由以下两因素较慢放入一个决定：（1）氢还原SiCl析出硅原子的速率；（2）被释放出来的硅原子在衬底上生成单晶层的速率。 SiCl4浓度较小，SiCl4被氢还原析出硅原子的速度远小于被释放出来的硅原子在衬底上生成单晶硅速度，化学反应速度控制外延层的生长速率； 增加SiCl4浓度，化学反应速率加快，生长速度提高

46、。浓度大到一定程度，化学反应释放硅原子速度大于硅原子在衬底表面的排列生长速度，此时生长速率受硅原子在衬底表面排列生长的速度控制。进一步增大SiCl4浓度（Y=0.1）生长速率减小；当Y=0.27时，逆向反应发生硅被腐蚀；反向腐蚀越严重，生长速率下降，当Y>0.28时，只存在腐蚀反应。43. 什么是扩散效应？什么是自掺杂效应？这两个效应使得衬底/外延界面杂质分布有怎样的变化？ 自掺杂效应：在外延生长过程中，衬底和外延层中的杂质因热蒸发或者因化学反应的副产物对衬底或外延层的腐蚀，都会使衬底和（或）外延层中的杂质进入到边界层中，改变了边界层中的掺杂成分和浓度，从而导致了外延层中杂质的实际分布偏

47、离理想情况。 扩散效应：衬底中的杂质与外延层中的杂质，在外延生长时相互扩散，引起衬底与外延层界面附近的杂质浓度缓慢变化的现象。 界面杂质分布的变化有：界面附近杂质浓度还变；对于p-n结则引起结位置的移动。44.解释为什么导热型规表在超高真空下不能工作。 导热型规表示通过气体的热传导进行热量传递，电流流过灯丝进行加热，气体分子通过碰撞冷却灯丝，其导热率随真空度变化，通过测量气体的导热率来确定真空度。超高真空下气体分子密度十分小，气体分子与灯丝无法发生足够的碰撞，这是气体导热率随真空度的变化不再敏感，因此导热型表规不能工作的原因。45. 简述几种典型真空泵的工作原理。（1）活塞式机械泵 通过活塞进

48、行抽气和压缩运动，分为三个阶段：吸气阶段，气体经过右侧阀进入气缸；压缩阶段，两个阀均关闭，气体被压缩；排气阶段，气体经过左侧阀被排除到高压力区。（2）旋片式机械泵（罗茨泵） 采用旋片代替活塞进行抽泣和压缩过程。级旋片式机械泵的终极真空大约为20mTorr，两级泵则能达到1mTorr一下。（3）油扩散泵 通过高速油蒸汽流携带气体达到抽气目的（简单描述油扩散泵的工作过程）。（4）涡轮分子泵 利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。（5）低温吸附泵46.下图为直流等离子放电的 I-V 曲线，请分别写出 a-g 各段的名称。可用作半导体制造工艺中离子轰击的是其中哪一段

49、？试解释其工作原理。 a-b暗流，无光放电区；b-c汤生放电；c-d前期辉光放电；d-e正常辉光放电区；e-f反常辉光放电；f-g电弧放电汤生放电和辉光放电阶段，在辉光放电阶段导电的粒子数目大大增加，在碰撞过程中转移的能量液足够高。气体击穿之后，电子和正离子来源于电子的碰撞和正离子的轰击使气体电离。在汤生放电阶段，电子的运动速度加快，电子和中性气体分子之间的碰撞不再是弹性碰撞，而会使气体分子电离产生正离子和电子。新产生的电子和原有的电子继续呗电场加速，在碰撞过程中有更多的气体分子被电离，时离子和电子数目雪崩式的增加，放电电流也就迅速增大。47. 射频放电与直流放电相比有何优点？ 直流放电中，电

50、荷在表面的积聚会使电场减小，直到等离子体消失。为了解决这一问题，可以使用交流信号来驱动等离子体。（1）在射频电场中，因为电场周期性地改变方向，带电粒子不容易到达电极和器壁而离开放电空间，相对地减少了带电粒子的损失。（2）在两极之间不断振荡运动的电子可以从高频电场中获得足够的能量使气体分子电离，只要有较低的电场就可以维持放电。（3）阴极产生的二次电子发射不再是气体击穿的必要条件。（4）射频电场可以通过任何一种类型的阻抗耦合进入淀积室，所以电极可以是导体，也可是绝缘体。48.如果刻蚀的各项异性度为零，那么当刻蚀厚度为0.5m的膜时产生的钻蚀量（或刻蚀偏差）为多少？各项异性度为 0.75 时进行刻蚀

51、，钻蚀量又是多少？假定在每一种情况下不存在过刻。（1）A=1-RL/RV=0; RL=RV=d=0.5um（2）A=1-RL/RV=0.75; RL=0.25RV=d=0.125um49.简述 BOE（或 BHF）刻蚀 SiO2的原理。加入NH4F的HF溶液称为BOE(buffered oxide etching)或BHF(buffered HF)。实际反应时，腐蚀液中的HF发生电离产生氢离子和氟离子 在腐蚀过程中通常加入氧化铵作为缓冲剂，NH4F能够电离生成F-，以补充随着反应推进而逐渐减少的F离子数量，并使HF电离平衡向左移动，调节溶液的PH值，以减轻腐蚀液对光刻胶的腐蚀作用。六个与二氧化

52、硅中的一个结合生成负二价的六氟硅酸根络离子，它与两个结合，生成六氟硅酸，发生的总反应50. 根据原理分类，干法刻蚀分成几种？各有什么特点？（1）溅射与离子铣刻蚀 等离子体产生的带能粒子（轰击的正离子）在强电场下朝硅片表面加速，这些离子通过溅射刻蚀作用除去未被保护的硅片表面材料。一般是用惰性气体，如氩(Ar)。这种机械刻蚀的好处在于它有很强的方向性，从而可以获得高的各向异性刻蚀剖面，以获得很好的线宽控制。这种溅射刻蚀速率高，然而选择比差。另一个问题是被溅射作用去除的表面元素是非挥发性的，可能会重新淀积到硅片表面，带来颗粒和化学污染。（2）等离子体刻蚀(Plasma Etching) 等离子体产生

53、的反应元素（自由基和反应原子）与硅片表面物质发生反应。为了获得高的选择比（即为了与光刻胶或下层材料的化学反应最小），进入腔体的气体（一般含氯或氟）都经过了慎重选择。等离子体化学刻蚀由于它是各向同性的，因而线宽控制差。反应产生的挥发性物质可以被真空泵抽走。（3）反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching,RIE) 将物理方法和化学方法结合，产生的方法称为反应离子刻蚀（RIE），通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀，同时兼具各向异性和选择性好的优点。目前，RIE已经成为VLSI工艺中最广泛应用的主流刻蚀技术。51.在一个特定的刻蚀过程中：（1）若首先考虑的因素是选择性，应

54、该使用何种刻蚀设备？（2）若首先考虑的因素是离子轰击损伤，应该选用何种刻蚀设备？（3）若首先考虑的因素是获得垂直侧壁结构，应该选用何种刻蚀设备？（4）若首先考虑的因素是选择性和获得垂直侧壁结构，应该选用何种刻蚀设备？（5）若需要选择性、垂直侧壁结构和损伤，同时还需保持合理的刻蚀速率，应该怎样？（1）.选择性等离子体刻蚀或者湿法刻蚀（2）.离子轰击损伤湿法刻蚀（3）.获得垂直侧壁结构溅射与离子铣（4）.选择性和获得垂直侧壁结构反应离子刻蚀（5）.选择性，垂直侧壁结构和损伤，保持合理的刻蚀速率反应离子刻蚀52.采用 CF4作为气体源对 SiO2进行刻蚀，在进气中分别加入 O2或 H2对刻蚀速率有什么影响？随着 O2或 H2进气量的增加，对 Si 和 SiO2刻蚀选择性怎样变化？为什么？（1）在CF4进气中加入少量的氧气会提高硅和二氧化硅的刻蚀速率，因为氧气与碳原子反应生成CO和CO2，因此从等离子体重去掉了一些碳，从而增加了氟的浓度。 氧添加之后对Si的刻蚀速率提升比SiO2的刻蚀要快。当氧添加含量超过一定值后，二者的刻蚀速率开始下降，是因为气相的氟原子再结合形成氟分子使得自由氟原子减