硅工艺第6章 化学气相淀积习题参考答案
硅工艺第6章_化学气相淀积习题参考答案
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
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。
化学气相沉积原理试题答案
化学气相沉积原理试题答案一、选择题1. 化学气相沉积（CVD）的主要原理是基于哪种化学反应？A. 热分解B. 化学合成C. 物理吸附D. 等离子体激发答案：B. 化学合成2. 下列哪种气体是CVD过程中常用的载气？A. 氧气B. 氮气C. 氩气D. 氢气答案：D. 氢气3. 在CVD过程中，衬底的温度对薄膜生长有何影响？A. 无影响B. 促进成核C. 抑制成核D. 导致薄膜脱落答案：B. 促进成核4. 哪种CVD技术适用于在低温条件下生长薄膜？A. 热CVDB. 等离子体增强CVD（PECVD）C. 低压CVDD. 金属有机化学气相沉积（MOCVD）答案：C. 低压CVD5. 下列哪个参数不是影响CVD薄膜生长的主要因素？A. 气体流量B. 反应室压力C. 衬底材料D. 光源强度答案：D. 光源强度二、填空题1. 化学气相沉积是一种用于制造______的薄膜沉积技术。
答案：高纯度2. 在CVD过程中，气体前驱物在高温下分解或反应，生成______并在衬底上沉积。
答案：固态薄膜3. 为了提高薄膜的均匀性和质量，通常需要对CVD反应室进行______。
答案：真空处理4. 等离子体增强化学气相沉积（PECVD）通过产生______来降低化学反应所需的活化能。
答案：非平衡等离子体5. 金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术常用于生长______材料。
答案：化合物半导体三、简答题1. 请简述化学气相沉积的基本原理及其应用。
答：化学气相沉积是利用化学反应在高温下在衬底表面沉积固态薄膜的技术。
气体前驱物在反应室中分解或发生化学反应，生成所需的固态材料并沉积在衬底上。
CVD广泛应用于半导体制造、涂层、光学薄膜和生物材料等领域。
2. 描述热CVD和PECVD的主要区别。
答：热CVD依赖于高温来促进气体前驱物的化学反应和薄膜生长，而PECVD则使用等离子体激发来降低化学反应的活化能，从而可以在较低的温度下进行沉积。
第六章答案
解：SiO2 中加入少量的 CaO ，在低共熔点 1436 ℃ 时，液相量为 2/37=5.4% ，液相量增加不多，不会降低硅砖的耐火度，故可加少量 CaO 作矿化剂。 第1页 第2页 第3页 第4页
6-6 在 SiO2 系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。 解： 可逆多晶转变： β-石英←→α-石英 α-石英←→α-鳞石英 不可逆多晶转变： β-方石英←→β-石英 γ-鳞石英←→β-石英 6-7 C2S 有哪几种晶型？在加热和冷却过程中它们如何转变？β-C2S 为什么能自发地转变成γ-C2S？在生产中如何防止β-C2S 转变为γ-C2S？
（2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变成三斜晶型，而高温稳定的三斜晶型冷却到转变温度又会转变成六方晶型。
（3）正交晶型是介稳态。
6-5 图 6-2 是具有多晶转变的某物质的相图，其中 DEF 线是熔体的蒸发曲线。 KE 是晶型 I 的升华曲线；GF 是晶型 II 的升华曲线；JG 是晶型 III 的升华曲线， 回答下列问题：（1）在图中标明各相的相区，并写出图中各无变量点的相平衡关系；（2）系统中哪种晶型为稳定相？哪种晶型为介稳相？（3）各晶型之间的转变 是可逆转变还是不可逆转变？
设 含 B 的量为 x%, 含 B 量为 y%, 则根据杆杠规则可以建立下面方程：
解联立方程，得 x=26%,y=17.3%。 所以， 组成为含 B 的量 26%， 组成为含 B17.3%
6-11 图 6-6 是一个未完成的具有一个不一致熔化合物并形成固溶体的二元系统相图。请根据已给出的诸点完成此相图的草图。 解：草图如下：
（2） 为了保持硅砖的耐火度，要严格防止原料中混如 Al203。 SiO2 熔点为 1723 ℃ ，SiO2 液相很陡，加入少量的 Al203 后，硅砖中会产生大量的液相， SiO2 的熔点剧烈下降。如加入 1wt% Al203 ，在低共熔点（1595 ℃）时产生的液相量为 1/5.5=18.2% ，会使硅砖的耐火度大大下降；
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。
化学气相沉积期末试题答案
化学气相沉积期末试题答案一、选择题1. 化学气相沉积（CVD）的主要原理是基于哪种现象？A. 化学反应B. 物理吸附C. 物质的扩散D. 静电效应答案：A2. 下列哪种气体是常用的CVD载体气体？A. 氢气B. 氧气C. 氮气D. 氩气答案：A3. 哪种类型的CVD过程主要用于生产高纯度单晶硅？A. 热分解CVDB. 低压高温CVDC. 等离子体增强CVDD. 光化学CVD答案：B4. 在CVD过程中，沉积薄膜的均匀性和纯度主要取决于哪个因素？A. 反应物的浓度B. 基底的温度C. 气体流动的速度D. 反应室的压力答案：C5. 哪种CVD技术可以在较低的温度下沉积薄膜？A. 热分解CVDB. 低压高温CVDC. 等离子体增强CVDD. 光化学CVD答案：D二、填空题1. 化学气相沉积是一种利用________和________在固体基底上沉积薄膜或粉末的方法。
答案：化学反应、气体输送2. 在CVD过程中，通常需要一个________来提供反应所需的能量，这个设备通常被称为________。
答案：能量源、加热器3. 等离子体增强CVD（PECVD）是一种利用________来增强化学反应速率的技术。
答案：等离子体4. 为了提高薄膜的质量，可以通过调整________、________和________等参数来优化CVD过程。
答案：反应温度、气体流量、反应时间5. 化学气相沉积技术广泛应用于半导体工业、太阳能电池和________的生产。
答案：涂层材料三、简答题1. 简述化学气相沉积的基本原理及其应用。
答：化学气相沉积是利用气态前驱体在高温下分解或发生化学反应，在固体基底上沉积出所需材料的薄膜或粉末。
该技术广泛应用于制造半导体器件、光学薄膜、耐磨涂层和生物医用材料等。
2. 描述热分解CVD和低压高温CVD的主要区别。
答：热分解CVD是在较高温度下，气态前驱体直接分解，生成所需的固态材料和副产品。
而低压高温CVD则是在较低的压力下进行，通过提高温度来促进气态前驱体的分解和沉积，通常可以获得更好的膜质和生产效率。
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3）PECVD特点 ） 特点 淀积温度低200~350℃，适于布线隔离；淀积速率更高； ℃ 适于布线隔离；淀积速率更高； 淀积温度低 具有良好的附着性、低针孔密度、良好的台阶覆盖及电学 具有良好的附着性、低针孔密度、 特性、可与精细图形转移工艺兼容； 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。 制型，需准确控制衬底温度。
硅烷和N2O反应 硅烷和 反应 PECVD系统、氩气 系统、 系统 SiH4(气) +2N2O (气) 气 气 薄膜特性与反应剂 稀释、 稀释、反应温度 比例的关系。 SiO2 (固) +2N2 固 比例的关系。 200~400 ℃ (气) + 2H2 (气) 气 气 TEOS和氧的反应 和氧的反应 Si(OC2H5)4 + O2 SiO2 + 副产物 淀积速率 250~800nm/min； ； PECVD系统、淀积 系统、 系统 反应剂室温下为液 温度250~425℃、 温度 ℃ 安全； 体，安全；台阶覆 气压266.6~1333Pa 气压 盖和间隙填充特性 好。
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。 简述影响淀积速率的各个因素。 答：第一，根据公式 第一，
G=
k s hg k s hg
k s + hg N1 有
⋅
Cg
CT G= ⋅ ⋅Y k s + 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（ 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） 释气体）； 第二， 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， 常数时， 高温情况下h 气相质量输运速率决定； 高温情况下 g << ks ，淀积速率 由气相质量输运速率决定； 低温情况下 淀积速率受表面反应速率控制 表面反应速率控制。 低温情况下hg >> ks ，淀积速率受表面反应速率控制。 情况
3 简述 简述APCVD、LPCVD、PECVD的特点。 的特点。 、 、 的特点 答： 1） APCVD特点 ） 特点 操作简单、淀积速度较高、适合介质薄膜的淀积； 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； 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h 控制， 一般由 g 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。 的反应剂数量，保证薄膜的均匀性。 2）LPCVD特点 ） 特点 均匀性和台阶覆盖比APCVD好、 污染少 、 降低压强可 好 污染少、 均匀性和台阶覆盖比 降低气相成核；但淀积速率较低、工作温度较高； 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k 及中等温度条件下 ， 淀积速率受表面反应控制 s ， 需精 确控制温度； 确控制温度；
2 列举化学气相淀积技术的三种分类方法。 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； ）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； ）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； ）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、 4）按淀积反应的激活方式分：光激活、等离子体激活 等。
方法 中温 LPC VD SiO2 APC VD SiO2
反应条件 LPCVD 管状热壁 反应室， 反应室，淀积温度 675~695 ℃，淀积 速率25nm/min， 速率 ， 足够的氧气。 足够的氧气。
特点 淀积速率与温度、 淀积速率与温度、 TEOS分压的关系； 分压的关系； 分压的关系
Si(OC2H5)4
4 列表对比 列表对比CVD SiO2的各种方法、反应条件、特点。 的各种方法、反应条件、特点。
方法 低温 CVD SiO2 硅烷和氧反应 SiH4(气) +O2 (气) 气 气 SiO2(固) +2H2 (气) 固 气 反应条件 三大系统均可、氮 三大系统均可、 气稀释、氧过量、 气稀释、氧过量、 硅片加热至 250~450℃ ℃ 特点 淀积速率与温度、 淀积速率与温度、 氧气含量关系； 氧气含量关系；需 致密化。 致密化。
SiO2Βιβλιοθήκη + 4C2H4 + 2H2O
保形性好。 保形性好。
淀积速率显著提高； 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
TEOS与臭氧混合 与臭氧混合 源的SiO2淀积 源的
APCVD