半导体制造技术题库一.docx

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1、半导体制造技术题库一1、问答题画出侧墙转移工艺和self-aligned double patterning（SADP）的工艺流程图。解析：2、问答题从寄生电阻和电容、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

2、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。3、问答题简述APCVD、LPCVD、PECVD的特点。解析：APCVD一些最早的CVD工艺是在大气压下进行的，由于反应速率快，CVD系统简单，适于较厚的介质淀积。APCVD缺点：台阶覆盖性差；膜厚均匀性差；效率低。常压下扩散系数小，hg在LPCVD系统中，因为低压使得扩散率增加，因此

3、PECVD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APCVD和LPCVD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。反应原理：等离子体中的电子与反应气体的分子碰撞时，这些分子将分解成多种成份：离子、原子以及活性基团（激发态），这些活性基团不断吸附在衬底表面上，吸附在表面上的活性基团之间发生化学反应生成薄膜元素，并在衬底表面上形成薄膜。活性基团吸附在

4、表面时，不断的受到离子和电子轰击，很容易迁移，发生重新排列。这两个特性保证了所淀积薄膜有良好的均匀性，以及填充小尺寸结构的能力。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。4、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

5、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。5、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

6、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。6、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7、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

7、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

8、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。8、问答题

9、对于某种薄膜的CVD过程，淀积温度为900，质量传输系数hG=10cms-1，表面反应速率系数ks=1107exp（-1.9eV/kT）cms-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。解析：反应室类型热壁：反应室腔壁与硅片及支撑件同时加热。一般为电阻丝加热，可精确控制反应腔温度和均匀性。适合对温度控制要求苛刻的化学反应控制淀积系统，腔内各处都发生薄膜生长。冷壁：仅对硅片和支撑件加热，一般采用辐照加热和射频加热，升降温快速，但温度均匀性差，适合对温度要求不高的质量输运控制。冷壁系统能够降低在侧壁上的淀积，减小了反应剂

10、的损耗，也减小壁上颗粒剥离对淀积薄膜质量的影响。9、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10、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

11、。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CF

12、4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。11、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

13、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。12、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

14、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

15、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。13、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

16、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。14、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

17、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

18、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。15、问答题简述硼和磷的退火特性。解析：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

19、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。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/cm2，800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

20、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1X1015/cm2和5X1015/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。16、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

21、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

22、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-+Osupks，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

23、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。24、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。25、问答题简述在热氧化过程中杂质再分布的四种可能情况。解析：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

24、，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。m1，且在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。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。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

25、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。26、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

26、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（20-10

27、0ns）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

28、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。27、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。28、问答题说

29、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

30、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：29、问答题简述BOE（或BHF）刻蚀SiO2的原理

31、。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30、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

32、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

33、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。半导体制造技术考试题库1、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2、问答题简述RTP在集成电 路制造中的常见应用。解析：1）杂质

34、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

35、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。3、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

36、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。4、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

37、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

38、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：5、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

39、；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

40、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。6、问答题离子在靶内运动时，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？解析：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，

41、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。7、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

42、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。8、问答题对于某种薄膜的CVD过程，淀积温度为900，质量传输系数hG=10cms-1，表面反应速率系数ks=1107exp（-1.9eV/kT）cms-1。现有以下两种淀积系统可供选择（1）冷壁，石墨支座