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半导体制造技术真题题库1、问答题（江南博哥）从寄生电阻和电容、电迁移两方面说明后道工艺中（Back-End-Of-Line，BEOL）采用铜（Cu）互连和低介电常数（low-k）材料的必要性。解析：寄生电阻和寄生电容造成的延迟。电子在导电过程中会撞击导体中的离子，将动量转移给离子从而推动离子发生缓慢移动。该现象称为电迁移。在导电过程中，电迁移不断积累，并最终在导体中产生分散的缺陷。这些缺陷随后集合成大的空洞，造成断路。因此，电迁移直接影响电路的可靠性。采用铜互连可大幅降低金属互连线的电阻从而减少互连造成的延迟。铜的电迁移比铝材料小很多：铜的晶格扩散的激活能为2.2eV，晶界扩散结合能在0.7到1.2eV之间；而铝分别为1.4eV和0.4-0.8eV.采用低介电常数材料填充平行导线之间的空间可降低金属互连线之间的电容从而减少延迟。采用铜/low-k互连可大幅减小互连pitch，从而减少互连金属层数。2、问答题什么是光刻中常见的表面反射和驻波效应？如何解决？解析：表面反射穿过光刻胶的光会从晶圆片表面反射出来，从而改变投入光刻胶的光学能量。当晶圆片表面有高度差时，表面反射会导致线条的缺失，无法控制图形。针对表面反射效应的解决办法：改变沉积速率以控制薄膜的反射率避免薄膜表面高度差，表面平坦化处理（CMP）光刻胶下涂覆抗反射的聚合物（Anti-reflectcoating，ARC.驻波效应在微细图形光刻时，一般曝光光源为单色或窄带光源，在由基片、氧化物层和抗蚀剂等组成的多层膜系情况下，由于膜系各层折射率不同，曝光时在基底表面产生的反射光和入射光相互干涉而形成驻波。抗蚀剂在曝光过程中由于其折射率和基底材料折射率不匹配，入射光将在各层膜的界面处发生多次反射，在光致抗蚀剂中形成驻波。应用抗反射涂层（ARC.可以完全消除驻波图形。3、问答题什么是固相外延（SPE）及固相外延中存在的问题？解析：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。4、问答题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Qcm-2。解析：（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3Qcm-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。5、问答题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？解析：横向效应：注入的离子在垂直于入射方向平面内的分布情况。横向效应与注入离子的种类和离子能量有关。B的横向效应更大，因为质量小的离子速度更高，与靶材原子作用时间短。6、问答题对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？解析：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。7、问答题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？试解释其工作原理。解析：ab段为无光放电区；bc段为汤生放电；c点为放电的着火点，cd段为前期辉光放电；de段为正常辉光放电区ef段为反常辉光放电；fg段为电弧放电。正常辉光放电区de段，电流的增加与电压无关，只与阴极上产生辉光的表面积有关。在这个区域内，阴极的有效放电面积随电流增加而增大，而阴极有效放电区内的电流密度保持恒定。在这一阶段，导电的粒子数目大大增加，在碰撞过程中转移的能量也足够高，因此会产生明显的辉光，维持辉光放电的电压较低，而且不变。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，即使不存在自然电离源，放电也将继续下去。这种放电方式又称为自持放电。8、问答题分别简述RVD和GILD的原理，它们的优缺点及应用方向。解析：快速气相掺杂（RVD，RapidVapor-phaseDoping）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：GasImmersionLaserDoping）用准分子激光器（308nm）产生高能量密度（0.52.0J/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。9、问答题常用溅射技术有哪几种，简述它们的工作原理和特点。解析：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l3.56MHz下进行的。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，可以调节加于衬底上的相对于等离子体的偏压。因为溅射刻蚀的薄膜，在低偏压下可以重新淀积于晶圆片上，因而得到台阶覆盖的净改善。10、问答题简述BOE（或BHF）刻蚀SiO2的原理。解析：二氧化硅腐蚀最常见的湿法腐蚀工艺之一是在稀释的HF溶剂中进行的SiO2湿法腐蚀法。常用腐蚀液配比是6：1，10：1，50：1，意味着6份，10份或50份（体积）的水于一份HF混合。发生的总反应如下：SiO2+6HFH2SiO6+2H2O实际反应时，是腐蚀液中的HF发生电离产生氢离子和氟离子HFH+F六个F与二氧化硅中的一个Si+4结合生成负二价的六氟硅酸根络离子（SiF6）2-，它与两个H+结合，生成六氟硅酸（H2SIF6）。显然反应速率与11、填空研究细胞结构和功能异常与疾病关系的细胞生物学分支称为（）。解析：细胞病理学12、问答题在MEMS加工中，为了精确控制腐蚀深度，有哪几种腐蚀停止技术，分别说一下其腐蚀停止原理。解析：腐蚀停止目的：为了精确控制腐蚀深度.P+腐蚀停止技术（形成重掺杂B层）：Si的湿法腐蚀速率在B掺杂浓度<11019cm-3是稳定的值但当B掺杂浓度>51019cm-3时腐蚀基本停止因此可用形成重掺杂B层来精确控制腐蚀深度（P+）B>1020cm-3时KOH腐蚀速率可减小20-100X可以使用气态或固体B扩散源来制作腐蚀机理：Si+2OH-13、问答题以P2O2为例说明SiO2的掩蔽过程。解析：以P2O2杂质源为例来说明SiO2的掩蔽过程：当P2O2与SiO2接触时，SiO2就转变为含磷的玻璃体。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SiO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。14、问答题根据原理分类，干法刻蚀分成几种？各有什么特点？解析：干法刻蚀是采用等离子体进行刻蚀的技术，根据原理分为溅射与离子铣（物理）、等离子刻蚀（化学）、反应离子刻蚀（物理+化学）。干法刻蚀与湿法刻蚀相比具有以下优点：刻蚀剖面是各向异性，具有非常好的侧壁控制；良好的CD控制最小的光刻胶脱落或粘附问题良好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性较低的化学制品使用和处理费用然而干法刻蚀也存在一些缺点，最主要的是对下层材料的选择比不高、等离子体带来的器件损伤以及昂贵的设备。15、问答题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。解析：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。16、问答题个投影曝光系统采用ArF光源，数值孔径为0.6，设k1=0.6，n=0.5，计算其理论分辨率和焦深。解析：分辨率：焦深：17、问答题影响外延薄膜的生长速度的因素有哪些？解析：1）温度高温区B区，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，并且对反应室的几何形状和气流有很大的依赖性。低温区A区，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。外延温度选在高温区：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；淀积在表面的硅原子具有足够的能量和迁移能力，易找到合适的位置形成单晶；外延温度太高，会使自掺杂效应和扩散效应加重。2）反应剂浓度外延生长速率由以下两因素较慢放入一个决定：氢还原反向腐蚀越严重，生长速率下降，当>0.28时，只存在腐蚀反应。3）气流速率气体流速越大，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；当气流大到一定程度时，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（111）晶面；共价键密度大，键合能力强，生长速率快，例如（110）晶面。21、问答题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？解析：CVD过程包括两个部分：一、反应剂在边界层中的输运二、反应剂在衬底表面的化学反应存在两种极限情况：hg>>ks，Cs趋于Cg，淀积速率受表面化学反应速率控制。反应剂数量：主气流输运到硅片表面的表面化学反应所需要的hg<<ks，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低温情况下，表面化学反应速率控制ks=k0eEA/KT淀积速率随温度的升高而成指数增加。高温情况下，质量输运控制由于反应速度的加快，输运到表面的反应剂数量低于该温度下表面化学反应所需要的数量，这时的淀积速率将转为由质量输运控制，基本不再随温度变化而变化。22、问答题分别画出单大马士革和双大马士革工艺流程图。解析：23、问答题射频放电与直流放电相比有何优点？解析：直流放电中，电荷在表面的积聚会使电场减小，直到等离子体消失。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。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。阴极产生的二次电子发射不再是气体击穿的必要条件。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。24、问答题说明SiO2的结构和性质，并简述结晶型SiO2和无定形SiO2的区别。解析：结晶形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。无定形SiO2Si-O四面体的空间排列没有规律Si-O-Si键桥的角度不固定，在110-180之间，峰值144。无定形SiO2的性质：Si-O四面体在空间的排列无规则，大部分O与相邻的两个Si-O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-O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，SiO2分子约占无定形网络空间体积43%，密度2.15-2.25g/cm3结晶形SiO2密度为2.65g/cm3在无定形SiO2网络中，氧的运动（1-2个Si-O键）比Si（4个Si-O键）容易；室温下Si-O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1016cm；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：25、问答题在铜互连中，为什么要用铜扩散阻挡层？阻挡层分成哪几种，分别起什么作用？解析：1）铜在SiO2中极易扩散，造成对硅器件的沾污：增加SiO2的漏电流；增加结漏电流；降低了击穿电压。2）铜极容易氧化和被腐蚀；3）铜与low-k间的粘附性很差。要实现铜互连必须找到一种扩散阻挡层，将铜约束在互连结构中，同时实现防止铜的氧化或腐蚀、改善与介质的粘附性。金属扩散阻挡层铜互连结构应该处处被扩散阻挡层包围，一部分为介质阻挡层，一部分为导电阻挡层。采用导电阻挡层的原因在于上下互连层之间要联通，不能采用不导电的介质做阻挡层。26、问答题简述RTP设备的工作原理，相对于传统高温炉管它有什么优势？解析：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（ThermalBudget）。RTP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/秒，而传统炉管的升、降温速度为5-50/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。27、问答题以P2O5为例，多晶硅中杂质扩散的方式及分布情况。解析：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。28、问答题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。解析：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；Frank-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。29、问答题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。解析：无定形靶内的纵向浓度分布可用高斯函数表示：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。射程估算：如果注入离子能量比Ec大很多，则离子在靶内主要以电子阻止形式损失能量，可按下式估算射程：RK1E1/2如果注入离子的能量E<<Ec，离子在靶内主要以核阻止形式损失能量，则得射程R的表达式为：RK2E<ec，离子在靶内主要以核阻止形式损失能量，则得射程r的表达式为：r30、问答题根据曝光方式的不同，光学光刻机可以分成几类？各有什么优缺点？解析：根据曝光方式不同光学光刻机主要分为三种：接触式，接近式，投影式。接触式：接触式光刻机是最简单的光刻机，曝光时，掩模压在涂有光刻胶的晶圆片上。主要优点：设备简单，分辨率高，没有衍射效应主要缺点：掩模版与涂有光刻胶的晶圆片直接接触，每次接触都会在晶圆片和掩模版上产生缺陷，降低掩模版使用寿命，成品率低，不适合大规模生产。接触式光刻机一般仅限用于能容忍较高缺陷水平的器件研究或其他方面的应用。接近式：接近式光刻机是掩模版同光刻胶间隔1050m，所以缺陷大大减少。主要优点：避免晶圆片与掩模直接接触，缺陷少。主要缺点：分辨率下降，存在衍射效应。投影式：现今硅片光学曝光最主要的方法是投影式曝光。一般光学系统将光刻版上的图像缩小4x或5x倍，聚焦并与硅片上已有的图形对准后曝光，每次曝光一小部分，曝完一个图形后，硅片移动到下一个曝光位置继续对准曝光。主要优点：有接触式的分辨率，但不产生缺陷常用投影光刻机系统的类型有扫描光刻机、分步重复光刻机和扫描分步重复光刻机等。31、问答题说明影响氧化速率的因素。解析：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。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DSiO2C0/N1产生的。由B2DSiO2C0/N1可知，B与温度之间也是指数关系。对线性速率系数B/A的影响线性速率常数B/A与温度的关系如图，对于干氧氧化和水汽氧化都是指数关系，激活能分别为2.00eV和1.96eV，其值接近Si-Si键断裂所需要的1.83eV的能量值，说明支配线性速率常数B/A的主要因素是化学反应常数ks，ks与温度的关系为：ks=ks0exp（-Ea/kT）其中，ks0为实验常数，Ea为化学激活能。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，因为在氧化剂分压不是很低时气相质量输运系数h>>ks，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：加速反应Si-O键能为4.25eV，Si-Cl键能为0.5eV。氯气与Si反应生成的SiCl4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。32、问答题Si-SiO2界面电荷有哪几种？简述其来源及处理办法。解析：可动离子电荷Qm来源：主要来源于Na+等网络改变者。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。氧化层固定电荷Qf来源：通常是由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。界面陷阱电荷Qit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艺可以有效减少界面态密度。33、问答题什么是扩散效应？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？解析：扩散效应是指衬底中的杂质与外延层中的杂质，在外延生长时互相扩散，引起衬底与外延层界面附近杂质浓度的缓慢变化。扩散效应对界面杂质分布情况的影响，与温度、衬底和外延层的掺杂情况、杂质类型及扩散系数、外延层的生长速度和缺陷等因素有关。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，都会使衬底和外延层中的杂质进入边界层中，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离理想情况。34、问答题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？解析：非对称性常用偏斜度（skewness）表示：为负值表明杂质分布在表面一侧的浓度增加，即xRp区域浓度增加。畸变用峭度（kurtosis）表示：峭度越大，高斯曲线的顶部越平，标准高斯曲线的峭度为3。LSS的理论是呈标准的高斯分布，不同的杂质会不同程度地偏离对称的高斯分布。如图中所示。35、问答题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。解析：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-SiO2界面，其流密度用J1表示。（2）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。（3）氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO2，流密度用J3表示。当氧化剂在SiO2中的扩散系数DSiO2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。<="" kstox），则得ci0，c0hpg，氧化剂以扩散方式通过sio36、问答题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。解析：（1）反应气体从腔体入口向晶圆片附近输运；（2）这些气体反应生成系列次生分子；（3）这些反应物输运到晶圆片表面；（4）表面反应释放出硅；（5）气体副产物解吸附；（6）副产物离开晶圆片表面的输运；（7）副产物离开反应器的输运37、问答题简述杂质在SiO2的存在形式及如何调节SiO2的物理性质。解析：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：SiSi：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。Na2O+Si-O-SiSiO-+Osup><Si+2Na+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。38、问答题 简述外延薄膜的生长过程，其最显著的特征是什么？解析：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：横向二维的层层长。晶面的构造可用三个密切联系的特征表示：平台、扭转、台阶如果吸附原子A保持不动，其他硅原子可以被吸附过来，形成硅串或硅岛。大量的硅串在合并时，必定会产生严重的缺陷或形成多晶薄膜。如果吸附原子具有比较高的能量，那么这个原子更倾向于沿着表面迁移，如果迁移到一个台阶边缘的位置，如图B位置，由于Si-Si键的相互作用，位置B比位置A更稳定，吸附原子就有很大的可能性保持在此位置。吸附原子最稳定的位置是所谓的扭转位置，如图中的位置C。当吸附原子到达一个扭转位置时，形成了一半的Si-Si键，进一步的迁移就不太可能发生了。在继续生长过程中，更多的吸附原子必定会迁移到扭转位置，从而加入到生长的薄膜中。39、问答题MEMSSi加工工艺主要分为哪两类，它们最基本的区别是什么？解析：Si工艺 体硅微机械加工工艺（Bulkmicromaching）用晶圆自身材料来制作MEMS结构优势：可用于制作大的深宽比、很厚的结构表面微机械加工工艺（Surfacemicromachining）与IC工艺兼容 牺牲层制作 阻挡层制作 牺牲层释放工艺40、问答题简述RTP在集成电路制造中的常见应用。解析：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31021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）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。41、问答题采用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？解析：加入少量的氧气能够提高Si和SiO2的刻蚀速率。加入少量的氢气可以导致Si和SiO2的刻蚀速率减慢。原理：氧气与碳原子反应生成CO和CO2，因此从等离子体中去掉了一些碳，从而增加了氟的浓度。这些等离子体称为富氟等离子体。氧添加之后对Si的刻蚀速率提升比S iO2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少的缘故。另一方面二者的选择比也会急剧下降，因为吸附在硅表面的氧原子和氧分子会使得硅表现得更像二氧化硅。往等离子体中加入氢，氢会与氟反应，一方面减少了氟离子的浓度，降低了刻蚀速率。另一方面形成富碳等离子体，过量碳会导致非挥发性的物质累积在侧壁表面，阻滞横向刻蚀的发生。往CF4等离子体中加入少量的H2将导致硅和二氧化硅的刻蚀速率同时减慢。在中等的H2浓度下，H和F反应生成HF，HF刻蚀SiO2但并不刻蚀Si。同时，各向异性的不挥发性碳氟化合物薄膜的淀积过程得到增强。另一方面，SiO2表面反应生成的CO和CO2可以从系统中抽去，在Si表面确没有这些反应。因此，随着H2的加入，刻蚀SiO2和Si的选择比会急剧上升。42、问答题什么是两步扩散工艺，其两步扩散的目的分别是什么？解析：<d实际的扩散温度一般为900-1200，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，杂质基本按高斯函数分布< d<="" d<d<="" p="">43、问答题简述电子束光刻的光栅扫描方法和矢量扫描方法有何区别。解析：在光栅扫描方法中，每一个像素必须被逐次扫描。这样，曝光时间几乎与图形无关，图形就是通过打开和关闭快门写出来的。而已经开发出来的另一种矢量扫描方法，是将每个需要曝光区域的数字位置传送给x，y数/模转换器（DAC.，电子束只指向那些需要曝光的像素。矢量扫描系统优于光栅法的重要优点在于将电子束偏转时间减到最小，另一方面，图形地址精度简单的取决于数字的字长，使用高速宽字长DAC就能够将每个像素放在一个极细小的格点 上。44、问答题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？解析：沟道效应：对晶体靶进行离子注入，当离子速