硅工艺第6章_化学气相淀积习题参考答案
(集成光电子学导论)第六章常见光波导材料与结构
1 cm = 10 000 微米
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第六章化学气相淀积
6.1.3 Grove模型
.
6.1 CVD模型
? 6.1.3 Grove 模型
①假定边界层中反应剂的浓度梯度为线性近似，则
流密度为： F1=h g(Cg-Cs)
hg-气相质量转移系数， Cg-主气流中反应剂浓度， CS-衬底表面处反应剂浓度；
②表面的化学反应淀积薄膜的速率正比于 Cs，则 流密度为： F2=ksCs
第六章 化学气相淀积
主 讲：毛 维
mwxidian@ 西安电子科技大. 学微电子学院
概述
? 化学气相淀积：CVD——Chemical Vapour Deposition 。 ? 定义：一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬
底发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术2H2(g) ，
②掩蔽膜：用于选择性氧化；
③DRAM 电容的绝缘材料；
④MOSFETs 中的侧墙；
⑤浅沟隔离的CMP 停止层。 ? Si3N4薄膜的特性： ①扩散掩蔽能力强，尤其对钠、水汽、氧；
②对底层金属可保形覆盖；
可作为钝化层的原因
③针孔少；压应力可以很低(PECVD) ；
④介电常数较大：(εSi3N4=6-9,εSiO2 =4.2. ) ,不能作层间的绝缘层。
? 硅烷和N2O（NO） ：PECVD 淀积机理 : SiH 4+N2O 200-400℃ SiO2+N2+H2O
? 原位掺P：形成PSG
淀积机理 : PH 3(g)+5O 2=2P2O5(固)+6H 2 优点： 温度低；反应机理简单。
缺点： 台阶覆盖差。
.
6.4 CVD二氧化硅
②液态TEOS 源：PECVD ? 淀积机理： Si(OC 2H5)4+O 2 250-425℃ SiO 2+H2O+C XHY ? 优点：安全、方便；厚度均匀；台阶覆盖好。 ? 缺点：SiO 2膜质量较热生长法差；
硅工艺-《集成电路制造技术》课程-试题
晶圆制备1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（GSG ），有时也被称为（电子级硅）。
2．单晶硅生长常用（CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。
3．晶圆的英文是（wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。
4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是整型、定向、标识。
5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（100 ）、（110 ）和（111）。
6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有确定晶向的）并且（被掺杂成p型或n型）的固体硅锭。
7．CZ直拉法的目的是（实现均匀掺杂的同时，并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径）。
影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。
8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。
9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。
10.晶片需要经过切片、磨片、抛光后，得到所需晶圆。
氧化10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。
11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。
12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。
13．用于热氧化工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。
14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（STI ）。
15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。
16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（蒸发）、退火和合金。
17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。
18．卧式炉的工艺腔或炉管是对硅片加热的场所，它由平卧的（石英工艺腔）、（加热器）和（石英舟）组成。
半导体工艺第六章
半导体工艺第六章第六章习题6-1 解释欧姆接触，并说明形成欧姆接触的常用方法。
欧姆接触是指金属与半导体之间的电压与电流的关系具有对称和线性关系，而且接触电阻尽可能低，不产生明显的附加阻抗。
常用方法：扩散法和合金法扩散法：是在半导体中先扩散形成重掺杂区以获得N+N或P+P 的结构，然后使金属与重掺杂的半导体区接触，形成欧姆接触。
合金法：是利用合金工艺对金属互联线进行热处理，使金属与半导体界面形成一层合金层或化合物层，并通过这一层与表面重掺杂的半导体形成良好的欧姆接触。
6-2 列出并描述集成电路制造中对金属薄膜的要求。
要求：（1）具有高的导电率和纯度（2）与下层衬底（通常是二氧化硅或氮化硅）具有良好的粘附性（3）与半导体材料连接时接触电阻低（4）能够淀积出均匀而且没有“空洞”的薄膜，易于填充通孔（5）易于光刻和刻蚀，容易制备出精细图形（6）很好的耐腐蚀性（7）在处理和应用过程中具有长期的稳定性6-3 列出半导体制造中使用的金属种类，并说明每种金属的用途。
种类：铝、铝铜合金、铜、阻挡层金属、硅化物和钨铝：作为金属互连的材料，以薄膜的形式在硅片中连接不同器件。
铝铜合金：有效解决电迁徙问题。
铜：作为互连线。
阻挡层金属：防止上下层材料相互扩散。
硅化物：减小接触电阻。
钨：填充通孔。
6-4 解释铝已被选择作为微芯片互连金属的原因。
（1）较低的电阻率（2）铝价格低廉（3）工艺兼容性（4）铝膜与下层衬底（通常是硅、二氧化硅或氮化硅）具有良好的粘附性6-5 哪种金属已经成为传统互连金属线?什么是它的取代物？铝已经成为传统互连金属线，铝铜合金是它的取代物6-6 描述结尖刺现象，如何解决结尖刺问题？由于硅在铝中的溶解度比较高，形成合金时，硅会从衬底向铝中溶解，这样就在接触区下层的硅中留下空洞，从而有可能发生尖刺效应。
解决方法：在接触区引入阻挡层金属可阻止上下层材料互相混合。
6-7 描述电迁徙现象，如何解决电迁徙现象？电迁徙现象:在大电流密度的情形下，大量电子对金属原子的持续碰撞，会引起原子逐渐而缓慢的移动。
第6章PVD与CVD
一些金属的蒸发温度
由上表可见大多数金属的蒸发温度都在1000 度到2000度之间，而钨、钼的熔点都高于2000度， 因此加热的金属材料一般都选钨、钼。 电阻法的缺点是膜材料与加热材料之间产生扩 散或反应，使加热材料本身的熔点和蒸发点降低， 以致造成镀得的膜层含有杂质。大多数膜材料在熔 化后将于加热材料浸润。表面扩张，附着在加热器 上形成面蒸发源，蒸发效果比较好。反之，若膜材 料与加热材料不侵润，膜材料将融为一个液球，成 为点蒸发源，如果加热器的形状不合适液球将从加 热器上脱落下来，使蒸镀失败。因此蒸镀时要根据 膜材料的性质，注意选择加热器的形状。
6.3.2 EMI溅射镀膜特点 价格低（国内拥有自主知识产权的话）。 真空溅射加工的金属薄膜厚度只有0.5～2µm，绝对不影响装配。 真空溅射是彻底的环保制程，绝对环保无污染。 欲溅射材料无限制, 任何常温固态导电金属及有机材料、绝缘材料皆可 使用（例：铜、铬、银、金、不锈钢、铝、氧化矽SiO2等）。 被溅射基材几无限制（ABS、PC、PP、PS、玻璃、陶瓷、epoxy resin 等）。 膜质致密均匀、膜厚容易控制。 附着力强（ASTM3599方法测试4B）。 可同时搭配多种不同溅射材料之多层膜。并且，可随客户指定变换镀 层次序。
6.2真空蒸镀 真空蒸镀
6.2.1 原理 在真空中将蒸镀材料加热蒸发产生蒸气，使其附着在基板 上凝聚成薄膜。真空蒸镀属于物理气相沉积法。 1.蒸发过程 1）汽化热 2）蒸气压 3）蒸发温度 4）蒸发速率
6.2.2 真空蒸镀的关键部件
1.蒸发器
蒸发器的加热温度要达到膜材料熔化的温度，其加 热方式通常为电阻法、电子束法等。 电阻法是用高熔点金属做成适当的形状的加热器， 并将膜材料放在上面加热，利用电流的热效应使加 热器温度达到材料蒸发的温度，膜材料蒸发并淀积 在基板上。
集成电路工艺原理试题总体标准答案
目录一、填空题（每空1分，共24分）1二、判断题（每小题1.5分，共9分）1三、简答题（每小题4分，共28分）2四、计算题（每小题5分，共10分）4五、综合题（共9分）5一、填空题（每空1分，共24分）1.制作电阻分压器共需要三次光刻，分别是电阻薄膜层光刻、高层绝缘层光刻和互连金属层光刻。
2.集成电路制作工艺大体上可以分成三类，包括图形车___________3.晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷等四种。
4.咼纯硅制备过程为氧化硅T粗硅T低纯四氯化硅T咼纯四氯化硅T咼纯硅。
5.直拉法单晶生长过程包括下种、收颈、放肩、等径生长、收尾等步骤。
6.提拉出合格的单晶硅棒后，还要经过切片、研磨、抛光等工序过程方可制备出符合集成电路制造要求的硅衬底片。
7.常规的硅材料抛光方式有：机械抛光，化学抛光，机械化学抛光等。
8.热氧化制备SiO2的方法可分为四种，包括干氧氧化、水蒸汽氧化、湿氧氧化、氢氧合成氧化。
9.硅平面工艺中高温氧化生成的非本征无定性二氧化硅对硼、 _ 磷、砷（As）、锑（Sb）等元素具有掩蔽作用。
10.在SiO2内和Si- SiO2界面存在有可动离子电荷、氧化层固定电荷、界面陷阱电荷、氧化层陷阱等电荷。
11.制备SiO2的方法有溅射法、真空蒸发法、阳极氧化法、热氧化法、热分解淀积法等。
12.常规平面工艺扩散工序中的恒定表面源扩散过程中，杂质在体内满足余误差函数分布。
常规平面工艺扩散工序中的有限表面源扩散过程中，杂质在体内满足高斯分布函数分布。
13.离子注入在衬底中产生的损伤主要有点缺陷、非晶区、非晶层等三种。
14.离子注入系统结构一般包括离子源、磁分析器、加速管、聚焦和扫描系统、靶室等部分。
15.真空蒸发的蒸发源有电阻加热源、电子束加热源、激光加热源、高频感应加热蒸发源等。
16.真空蒸发设备由三大部分组成，分别是真空系统、蒸发系统、基板及加热系统。
—仃.自持放电的形式有辉________18.离子对物体表面轰击时可能发生的物理过程有反射、产生二次电子、溅射、注入。
硅工艺 《集成电路制造技术》课程 试题
一、填空题晶圆制备1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（GSG ），有时也被称为（电子级硅）。
2．单晶硅生长常用（CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。
3．晶圆的英文是（wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。
4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是整型、定向、标识。
5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（100 ）、（110 ）和（111）。
6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有确定晶向的）并且（被掺杂成p型或n型）的固体硅锭。
7．CZ直拉法的目的是（实现均匀掺杂的同时，并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径）。
影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。
8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。
9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。
10.晶片需要经过切片、磨片、抛光后，得到所需晶圆。
氧化10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。
11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。
12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。
13．用于热氧化工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。
14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（STI ）。
15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。
16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（蒸发）、退火和合金。
17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。
18．卧式炉的工艺腔或炉管是对硅片加热的场所，它由平卧的（石英工艺腔）、（加热器）和（石英舟）组成。
硅集成电路工艺期末复习题目答案
一、名词解释1化学气相沉积化学气体或蒸气和晶圆表面的固体产生反应在表面上以薄膜形式产生固态的副产品其它的副产品是挥发性的会从表面离开。
2物理气相沉积“物理气相沉积” 通常指满意下面三个步骤的一类薄膜生长技术: a.所生长的材料以物理的方式由固体转化为气体b.生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底c.蒸汽在衬底表面上凝聚形成薄膜3溅射镀膜溅射镀膜是利用电场对辉光放电过程中产生出来的带电离子进行加速使其获得一定的动能后轰击靶电极将靶电极的原子溅射出来沉积到衬底形成薄膜的方法。
4蒸发镀膜加热蒸发源使原子或分子从蒸发源表面逸出形成蒸汽流并入射到硅片衬底表面凝结形成固态薄膜。
5替位式扩散占据晶格位置的外来原子称为替位杂质。
只有当替位杂质的近邻晶格上出现空位替位杂质才能比较轻易地运动到近邻空位上6间隙式扩散间隙式扩散指间隙式杂质从一个间隙位置运动到相邻的间隙位置。
7有限表面源扩散扩散开始时表面放入一定量的杂质源而在以后的扩散过程中不再有杂质加入此种扩散称为有限源扩散。
8恒定表面源扩散在整个扩散过程中杂质不断进入硅中而表面杂质浓度始终保持不变。
9横向扩散由于光刻胶无法承受高温过程扩散的掩膜都是二氧化硅或氮化硅。
当原子扩散进入硅片它们向各个方向运动向硅的内部横向和重新离开硅片。
假如杂质原子沿硅片表面方向迁移就发生了横向扩散。
10保形覆盖保形覆盖是指无论衬底表面有什么样的倾斜图形在所有图形的上面都能沉积有相同厚度的薄膜。
二、简述题1、简述两步扩散的含义与目的。
答为了同时满足对表面浓度、杂质总量以及结深等的要求实际生产中常采用两步扩散工艺第一步称为预扩散或预淀积在较低的温度下采用恒定表面源扩散方式在硅片表面扩散一层杂质原子其分布为余误差涵数目的在于控制扩散杂质总量第二步称为主扩散或再分布将表面已沉积杂质的硅片在较高温度下扩散以控制扩散深度和表面浓度主扩散的同时也往往进行氧化。
2、扩散掺杂与离子注入掺杂所形成的杂质浓度分布各自的特点是什么与扩散掺杂相比离子注入掺杂的优势与缺点各是什么答扩散杂质所形成的浓度分布杂质掺杂主要是由高温的扩散方式来完成杂质原子通过气相源或掺杂过的氧化物扩散或淀积到硅晶片的表面这些杂质浓度将从表面到体内单调下降而杂质分布主要是由温度与扩散时间来决定。
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高温情况下hg << ks ，淀积速率 由气相质量输运速率决定； 低温情况下hg >> ks ，淀积速率受表面反应速率控制。
2 列举化学气相淀积技术的三种分类方法。
答：1）按淀积温度分：低温淀积、中温淀积； 2）按反应室内部压力分：常压淀积、低压淀积； 3）按反应室器壁温度分：冷壁式淀积、热壁式淀积； 4）按淀积反应的激活方式分：光激活、等离子体激活 等。
硅烷和氧反应
三大系统均可、氮
SiH4(气) +O2 (气)
气稀释、氧过量、 硅片加热至
SiO2(固) +2H2 (气) 250~450℃
淀积速率与温度、 氧气含量关系；需 致密化。
硅烷和N2O反应 SiH4(气) +2N2O (气)
SiO2 (固) +2N2 (气) + 2H2 (气)
PECVD系统、氩气 稀释、反应温度 200~400 ℃
Si(OC2H5)4 SiO2 + 4C2H4 + 2H2S与臭氧混合 源的SiO2淀积
LPCVD 管状热壁
反应室，淀积温度 675~695 ℃，淀积 速率25nm/min， 足够的氧气。
淀积速率与温度、 TEOS分压的关系；
保形性好。
APCVD
淀积速率显著提高； 具有非常好的保形 性，可有效填充沟 槽及金属间隙
3 简述APCVD、LPCVD、PECVD的特点。
答：
1） APCVD特点
操作简单、淀积速度较高、适合介质薄膜的淀积；易发 生气相反应，产生微粒污染，台阶覆盖性和均匀性较差； 一般由hg控制，需精确控制单位时间到达硅片表面各处 的反应剂数量，保证薄膜的均匀性。
2）LPCVD特点
均匀性和台阶覆盖比APCVD好、污染少、降低压强可 降低气相成核；但淀积速率较低、工作温度较高；真空 及中等温度条件下，淀积速率受表面反应控制ks，需精 确控制温度；
3）PECVD特点
淀积温度低200~350℃，适于布线隔离；淀积速率更高； 具有良好的附着性、低针孔密度、良好的台阶覆盖及电学 特性、可与精细图形转移工艺兼容；属于表面反应速率控 制型，需准确控制衬底温度。
4 列表对比CVD SiO2的各种方法、反应条件、特点。
方法
反应条件
特点
低温 CVD SiO2
第六章 化学气相淀积习题参 考答案
1 简述影响淀积速率的各个因素。
答：第一，根据公式
G kshg Cg ks hg N1 有
G kshg CT Y ks hg N1
淀积速率与反应剂浓度成正比（未使用稀释气体）；
淀积速率与在气相中反应剂的摩尔百分比成正比（使用稀 释气体）；
第二，反应剂浓度成正比或气相中反应剂的摩尔百分比为 常数时，
薄膜特性与反应剂 比例的关系。
淀积速率
TEOS和氧的反应 Si(OC2H5)4 + O2
SiO2 + 副产物
PECVD系统、淀积 温度250~425℃、 气压266.6~1333Pa
250~800nm/min； 反应剂室温下为液 体，安全；台阶覆 盖和间隙填充特性
好。
方法
反应条件
特点
中温 LPC VD SiO2