最新集成电路制造技术-原理与工艺 课后习题答案讲课讲稿.doc

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1、第一单元:3.比较硅单晶锭CZ,MCZ和FZ三种生长方法的优缺点。答：CZ直拉法工艺成熟，可拉出大直径硅棒，是目前采用最多的硅棒生产方法。但直拉法中会使用到坩埚，而坩埚的使用会带来污染。同时在坩埚中，会有自然对流存在，导致生长条纹和氧的引入。直拉法生长多是采用液相掺杂，受杂质分凝、杂质蒸发，以及坩埚污染影响大，因此，直拉法生长的单晶硅掺杂浓度的均匀性较差。MCZ磁控直拉法，在CZ法单晶炉上加一强磁场，高传导熔体硅的流动因切割磁力线而产生洛仑兹力，这相当于增强了熔体的粘性，熔体对流受阻。能生长无氧、均匀好的

2、大直径单晶硅棒。设备较直拉法设备复杂得多，造价也高得多，强磁场的存在使得生产成本也大幅提高。FZ悬浮区熔法，多晶与单晶均由夹具夹着，由高频加热器产生一悬浮的溶区，多晶硅连续通过熔区熔融，在熔区与单晶接触的界面处生长单晶。与直拉法相比，去掉了坩埚，没有坩埚的污染，因此能生长出无氧的，纯度更高的单晶硅棒。6.硅气相外延工艺采用的衬底不是准确的晶向,通常偏离[100]或[111]等晶向一个小角度,为什么?答：在外延生长过程中，外延气体进入反应器，气体中的反应剂气相输运到衬底，在高温衬底上发生化学反应，生成的外延

3、物质沿着衬底晶向规则地排列，生长出外延层。气相外延是由外延气体的气相质量传递和表面外延两个过程完成的。表面外延过程实质上包含了吸附、分解、迁移、解吸这几个环节，表面过程表明外延生长是横向进行的，是在衬底台阶的结点位置发生的。因此，在将硅锭切片制备外延衬底时，一般硅片都应偏离主晶面一个小角度。目的是为了得到原子层台阶和结点位置，以利于表面外延生长。7.外延层杂质的分布主要受哪几种因素影响？答：杂质掺杂效率不仅依赖于外延温度、生长速率、气流中掺杂剂的摩尔分数、反应室的几何形状等因素，还依赖于掺杂剂自身的特性。

4、另外，影响掺杂效率的因素还有衬底的取向和外延层结晶质量。硅的气相外延工艺中，在外延过程中，衬底和外延层之间存在杂质交换现象，即会出现杂质的再分布现象，主要有自掺杂效应和互扩散效应两种现象引起。8.异质外延对衬底和外延层有什么要求？答：1.衬底与外延层不发生化学反应，不发生大量的相互溶解现象；2.衬底与外延层热力学参数相匹配，即热膨胀系数接近。以避免外延层由生长温度冷却至室温时，产生残余热应力，界面位错，甚至外延层破裂。3.衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体结构，晶格常数接近，以避免晶格参数不匹配引起的外延

5、层与衬底接触的界面晶格缺陷多和应力大的现象。10.比较分子束外延（MBE）生长硅与气相外延（VPE）生长硅的优缺点。答：MBE的特点：超高真空度达10-9~10-11Torr，外延过程污染少，外延层洁净。温度低，(100)Si最低外延温度470K，所以无杂质的再分布现象。外延分子由喷射炉喷出，速率可调，易于控制，可瞬间开/停，能生长极薄外延层，厚度可薄至Å量级。设备上有多个喷射口，可生长多层、杂质分布复杂的外延层，最多层数可达104层。在整个外延过程中全程监控，外延层质量高。MBE多用于外延结构复杂、外延

6、层薄的异质外延。设备复杂、价格昂贵分子束外延与气相外延相比：1．衬底温度低，没有自掺杂效应，因而扩散效应带来的杂质再分布现象也很弱。2．外延生长室真空度超高，非有意掺入的杂质浓度也非常低。3．外延生长杂质的掺入与停止是由喷射炉控制的，在外延界面没有过渡区。第二单元3.欲对扩散杂质起有效的屏蔽作用,对SiO2膜有何要求?答:硅衬底上的SiO2要能够当做掩膜来实现定域扩散，需要xSiO2满足下列条件：预生长的SiO2膜具有一定的厚度，同时杂质在衬底硅中的扩散系数DSi要远远大于其在SiO2中的扩散系数DSiO

7、2，而且SiO22表面杂质浓度与Si/SiO2界面杂质浓度之比达到一定数值，可保证SiO2膜起到有效的掩膜作用。8.硅芯片为避免芯片沾污，可否最后热氧化一层SiO2作为保护膜？为什么？答：不可以。Si的热氧化是高温工艺，硅器件芯片完成后再进行高温工艺会因金属电极的氧化、杂质再分布等原因损害器件性能、甚至使其彻底效。另外，热氧化需要消耗衬底硅，器件表面无硅位置生长不出氧化层。16.在1050°C湿氧气氛生长1um厚氧化层，计算所需要时间。若抛物线型速率系数与氧化气压成正比，分别计算计算5个、20个大气压下的

8、氧化时间。P81[100]，[111]，解：氧化层生长厚度与生长时间之间的关系式为已知，，，所以抛物线型速率BT1=t/5,T2=t/20第三单元1.比较APCVD、LPCVD和PECVD三种方法的主要异同和主要优缺点？异同点：APCVD，是最早出现的CVD工艺，其淀积过程在大气压力下进行，主要用于二氧化硅薄膜的制备。由质量输运控制淀积速率。LPCVD，与APCVD相比增加了真空系统，气压在1-10-2Torr之间进行的CVD