微电子工艺答案第四章离子注入习题参考答案
微电子工艺习题答案(整理供参考)
第一章1.集成电路：通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如Si、GaAs）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能。
集成电路发展的五个时代及晶体管数目：小规模集成电路（小于100个）、中规模集成电路（100~999）、大规模集成电路（1000~99999）、超大规模集成电路（超过10万）、甚大规模集成电路（1000万左右）。
2、硅片制备（Wafer preparation）、硅片制造（Wafer fabrication）硅片测试/拣选（Wafer test/sort）、装配与封装（Assembly and packaging）、终测（Final test）。
3、半导体发展方向：提高性能、提高可靠性、降低价格。
摩尔定律：硅集成电路按照4年为一代，每代的芯片集成度要翻两番、工艺线宽约缩小30%，IC工作速度提高1.5倍等发展规律发展。
4、特征尺寸也叫关键尺寸，集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸。
5、more moore定律：芯片特征尺寸的不断缩小。
从几何学角度指的是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小，more than moore定律:指的是用各种方法给最终用户提供附加价值，不一定要缩小特征尺寸，如从系统组件级向3D集成或精确的封装级(SiP)或芯片级(SoC)转移。
6、High-K：高介电系数；low-K:低介电系数；Fabless：无晶圆厂；Fablite：轻晶片厂；IDM：Integrated Device Manufactory集成器件制造商；Foundry:专业代工厂；Chipless:无晶片1、原因：更大直径硅片，更多的芯片，单个芯片成本减少；更大直径硅片，硅片边缘芯片减小，成品率提高；提高设备的重复利用率。
硅片尺寸变化：2寸（50mm）-4寸（100mm）-5寸（125mm）-6寸（150mm）-8寸（200mm）-12寸（300mm）-18寸（450mm）.2、物理尺寸、平整度、微粗糙度、氧含量、晶体缺陷、颗粒、体电阻率。
半导体工艺与制造技术习题答案(第四章 离子注入)
第四章 离子注入与快速热处理1.下图为一个典型的离子注入系统。
（1）给出1-6数字标识部分的名称，简述其作用。
（2）阐述部件2的工作原理。
答：（1）1：离子源，用于产生注入用的离子；2：分析磁块，用于将分选所需的离子；3：加速器，使离子获得所需能量；4：中性束闸与中性束阱，使中性原子束因直线前进不能达到靶室； 5：X & Y 扫描板，使离子在整个靶片上均匀注入；6：法拉第杯，收集束流测量注入剂量。
（2）由离子源引出的离子流含有各种成分，其中大多数是电离的，离子束进入一个低压腔体内，该腔体内的磁场方向垂直于离子束的速度方向，利用磁场对荷质比不同的离子产生的偏转作用大小不同，偏转半径由公式：决定。
最后在特定半径位置采用一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。
2.离子在靶内运动时，损失能量可分为核阻滞和电子阻滞，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体有何关系？答：核阻滞即核碰撞，是注入离子与靶原子核之间的相互碰撞。
因两者质量是同一数量级，一次碰撞可以损失很多能量，且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置，留下空位，形成缺陷。
电子阻滞即电子碰撞，是注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的相互碰撞。
因离子质量比电子质量大很多，每次碰撞损失的能量很少，且都是小角度散射，且方向随机，故经多次散射，离子运动方向基本不变。
在一级近似下，核阻滞本领与能量无关；电子阻滞本领与能量的平方根成正比。
1 2 3 4 563.什么是离子注入横向效应？同等能量注入时，As和B哪种横向效应更大？为什么？答：离子注入的横向效应是指，注入过程中，除了垂直方向外，离子还向横向掩膜下部分进行移动，导致实际注入区域大于掩膜窗口的效应。
B的横向效应更大，因为在能量一定的情况下，轻离子比重离子的射程要深且标准差更大。
4.热退火用于消除离子注入造成的损伤，温度要低于杂质热扩散的温度，然而，杂质纵向分布仍会出现高斯展宽与拖尾现象，解释其原因。
微电子工艺_哈尔滨工业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
微电子工艺_哈尔滨工业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.CZ法拉不出高阻单晶硅锭的主要原因是：答案:坩埚材料分解出的氧会进入硅锭；2.实际VPE工艺温度多在质量传递控制区，此时外延速率：答案:对温度不太敏感；3.关于硅的热氧化，下面哪种说法正确：答案:氧化反应是在Si/SiO2界面发生的；4.在D-G模型中假定稳定生长氧化层时，氧化剂的气相输运、固相扩散和化学反应三个流密度应：答案:相等；5.基于LSS理论，离子注入受到靶原子核与电子的阻止：答案:核阻止和电子阻止是独立的；6.多晶硅薄膜通常采取哪种方法制备：答案:LPCVD7.PVD与CVD比较，下列那种说法正确：答案:PVD薄膜与衬底的粘附性较差；8.外延用衬底硅片一般偏离准确晶向一个小角度，如（111）-Si偏离3º，下列那种说法正确？答案:这是为了得到原子层量级的台阶；这是为外延生长提供更多的结点位置；9.硅恒定源扩散，在扩散温度硅的固溶度为N s，在进行了40min扩散后，测得结深是1.5μm，若要获得2.0μm的结深，在原工艺基础上应再扩散多少分钟？硅表面杂质浓度是多少？答案:应再扩散31 min杂质表面浓度=N s表面杂质浓度等于该工艺温度时硅的固溶度；10.P在两歩扩散工艺中，第二步再分布的同时又进行了热氧化（kp=10），这会给再分布扩散带来哪些影响：答案:P扩散速度加快；在SiO2/Si界面Si一侧的P堆积（是指高于SiO2一侧）；扩入Si的P总量下降；11.扩散系数是表征扩散快慢的参数，它相当于单位浓度梯度时的扩散通量，所以它：答案:单位为m∧2/s有单位；12.看图判断，下列哪种描述正确：答案:图（b）是注入的高能离子。
图（a）是注入的低能离子；13.下列哪个工艺方法应用了等离子体技术：答案:溅射RIEHDPCVD14.蒸镀工艺要求蒸镀室为高真空度的原因：答案:为了避免蒸发分子（或原子）被氧化；为了提高蒸发分子（或原子）的平均自由程；为了降低镀膜中的杂质；15.可以采取哪种方法来提高光刻分辨率？答案:减小分辨率系数;增大光学系统数值孔径；缩短光源波长；16.CZ法、MCZ法拉单晶时必须有籽晶；而FZ法拉单晶时不需要籽晶。
硅集成电路工艺基础：第四章 离子注入
靶原子核也因碰撞而获得能量， 如果获得的能量大于原子束缚能，就 会离开原来所在晶格进入间隙，并留 下一个空位，形成缺陷。
电子碰撞：是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。
第四章 离子注入
离子注入技术是用一定能量的杂质离子束轰击要掺杂的 材料（称为靶，可以是晶体，也可以是非晶体），一部分 杂质离子会进入靶内，实现掺杂的目的。
离子注入是集成电路制造中常用的一种掺杂工艺，尤其 是浅结主要是靠离子注入技术实现掺杂。
离子注入的发展历史
1952年，美国贝尔实验室就开始研究用离子束轰击技术来改善半导体 的特性。
如果注入的是轻离子，或者是小剂量的重 离子，注入离子在靶中产生简单晶格损伤。
对于轻离子，开始时能量损失主要由电子 阻止引起，不产生移位原子。注入离子的能 量随注入深度的增加而减小，当能量减小到 小于交点Ec时，核阻止将起主导作用，几乎 所有的晶格损伤都产生于Ec点以后的运动中。 大多数情况下，每个注入离子只有一小部分 能量对产生间隙-空位缺陷有贡献。
横向效应与注入离子的种类和离子能量有关
(a) 杂质B、P、Sb通过lμ宽掩膜窗口注入到硅靶中的等浓度曲线 (b) 杂质P以不同能量注入硅靶中的等浓度曲线
硼、磷和砷入射到无定形硅靶中时，ΔRp和ΔR┴与入射能量的关系
4.2.3、沟道效应
沟道效应：当离子注入的方向与靶晶体的某个晶面平行时， 将很少受到核碰撞，离子将沿沟道运动，注入深度很深。 由于沟道效应，使注入离子浓度的分布产生很长的拖尾。
核阻止本领与离子能量的关系
如果屏蔽函数为：
微电子工艺考题 (5)
一、填空与选择题（每空1.5分，共60分）1．结晶的SiO2是Si-O四面体结构，而无定形SiO2不是Si-O四面体结构，因而密度小。
（）对/错2．杂质在硅晶体中的扩散机构主要有和两种。
3．二氧化硅薄膜在半导体器件生产上的应用有：（）①对杂质的掩蔽作用②对器件表面的保护和钝化作用③用于器件的电绝缘和电隔离④作为电容器的介质材料⑤作为MOS场效应晶体管的绝缘栅材料A．①② B.①②③ C.①②④⑤ D.①②③④⑤4．扩散系数与下列哪些因素一定成增函数关系（）①杂质的浓度梯度②温度③扩散过程的激活能④杂质的迁移率A.①②B.②③C.②④D.①④5．硅平面制造工艺的硼、磷扩散都属于_____ 。
A.替位式扩散B.间隙式扩散6．下面选项属于主扩散（再分布）的作用有（）。
①调节表面浓度②控制进入硅表面内部的杂质总量③控制结深A.①B.② C .③ D.①③7.结深表达式可统一写成：，对于有限表面源扩散，A=（）a．b．8.扩散多在_ _ （高/低）温下进行, 恒定表面源扩散的杂质分布服从______ _ 分布，有限表面源扩散的杂质分布服从____ _分布。
9. 结深的测量方法有_____ 法、磨槽法、光干涉法。
10．离子注入掺杂纯度高，是因为（）。
A.杂质源的纯度高B.注入离子是通过质量分析器选出来的11．LSS理论认为，注入离子在靶内的能量损失分为两个彼此独立的过程：①，②。
12.减弱或消除沟道现象的措施有：（）1.入射方向偏离沟道轴向2. 入射方向平行沟道轴向3.样品表面淀积一层二氧化硅4. 样品表面淀积一层氮化硅A．1,3 B. 2,3 C. 1,3,4 D. 2,3,413.真空蒸发就是利用蒸发材料在高温时所具有的进行薄膜制备。
14．溅射法制备薄膜的温度比真空蒸发低。
（）对/错15．边界层（附面层）厚度δ（x）定义为从速度为零的硅片表面到气流速度为时的区域厚度。
16．BPSG是通过在中掺杂和形成的。
微电子工艺技术-复习要点答案(完整版)
第四章晶圆制造1．CZ法提单晶的工艺流程。
说明CZ法和FZ法。
比较单晶硅锭CZ、MCZ和FZ三种生长方法的优缺点。
答：1、溶硅2、引晶3、收颈4、放肩5、等径生长6、收晶。
CZ法：使用射频或电阻加热线圈，置于慢速转动的石英坩埚内的高纯度电子级硅在1415度融化〔需要注意的是熔硅的时间不宜过长〕。
将一个慢速转动的夹具的单晶硅籽晶棒逐渐降低到熔融的硅中，籽晶外表得就浸在熔融的硅中并开始融化，籽晶的温度略低于硅的熔点。
当系统稳定后，将籽晶缓慢拉出，同时熔融的硅也被拉出。
使其沿着籽晶晶体的方向凝固。
籽晶晶体的旋转和熔化可以改善整个硅锭掺杂物的均匀性。
FZ法：即悬浮区融法。
将一条长度50-100cm 的多晶硅棒垂直放在高温炉反应室。
加热将多晶硅棒的低端熔化，然后把籽晶溶入已经熔化的区域。
熔体将通过熔融硅的外表张力悬浮在籽晶和多晶硅棒之间，然后加热线圈缓慢升高温度将熔融硅的上方部分多晶硅棒开始熔化。
此时靠近籽晶晶体一端的熔融的硅开始凝固，形成与籽晶相同的晶体结构。
当加热线圈扫描整个多晶硅棒后，便将整个多晶硅棒转变成单晶硅棒。
CZ法优点：①所生长的单晶的直径较大，成本相对较低；②通过热场调整及晶转，坩埚等工艺参数的优化，可以较好的控制电阻率径向均匀性。
缺点：石英坩埚内壁被熔融的硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响，易引入氧、碳杂质，不易生长高电阻率单晶。
FZ法优点：①可重复生长，提纯单晶，单晶纯度较CZ法高。
②无需坩埚、石墨托，污染少③高纯度、高电阻率、低氧、低碳④悬浮区熔法主要用于制造别离式功率元器件所需要的晶圆。
缺点：直径不如CZ法，熔体与晶体界面复杂，很难得到无位错晶体，需要高纯度多晶硅棒作为原料，成本高。
MCZ：改良直拉法优点：较少温度波动，减轻溶硅与坩埚作用，降低了缺陷密度，氧含量，提高了电阻分布的均匀性2．晶圆的制造步骤【填空】答：1、整形处理：去掉两端，检查电阻确定单晶硅到达合适的掺杂均匀度。
2、切片3、磨片和倒角4、刻蚀5、化学机械抛光3. 列出单晶硅最常使用的两种晶向。
微电子工艺 离子注入
称作投影射程。
内有多少条鱼浓度（个数域单位体积内有多少条鱼,…….离子源通过吸极电源把离子从离子源引出可变狭缝v⊕一个质量数为M的正离子，以速度v垂直于磁力线的方向进入磁场，受洛伦茨力的作用，在磁场中作匀速圆周运动的半径为R。
子离开分析仪电磁场的磁极平行平板电极⊕当离子束垂直进入均匀的正交电磁场时，将同时受到电场力和洛伦茨力的作用，这两个力的方向正好相反，只有在某个质量为M的离子在分析器中所受的电场力和洛伦茨力的数值相等时，不发生偏转而到达靶室，大于或小于M的离子则被偏转加速器加速离子，获得所需能量；高真空（<10-6Torr 静电加速器：调节离子能量静电透镜：离子束聚焦静电偏转系统：滤除中性粒子X方向扫描板Y方向扫描板扫描范围中性束偏转板+-的浓度比其它地方高。
终端台：控制离子束扫描和计量离子束扫描：扫描方式：静电扫描、机械扫描和混合扫描。
常用静电扫描和混合扫描。
静电光栅扫描适于中低束流机，机械扫描适于强束流机。
两种注入机扫描系统<110>向和偏转10°方向的晶体结构视图<111><100><110>40 kevP +31注入到硅中的浓度分布0.20.40.60.8 1.0µm43210 注入深度对准<110> 偏<110> 2°偏<110> 8°子在靶中行进的重要效应之一。
窗口边缘处浓度为同等深度窗口中心部位浓度的1/2离子越轻，阈值剂量越高；温度越高，阈值剂量越高。
扩散率提高，聚集成团，几种等时退火条件下，硅中注入硼离子的激活百分比。
微电子工艺技术 复习要点答案完整版
微电子工艺技术-复习要点答案)完整版(第四章晶圆制造法。
比法和FZ1．CZ法提单晶的工艺流程。
说明CZ FZ三种生长方法的优缺点。
较单晶硅锭CZ、MCZ和答：法：使用射频或电阻加热线圈，置于慢速转动的石CZ3、收颈4、放肩5、等径生长6、收晶。
1、溶硅2、引晶。
将一个慢速转动的夹具的单晶硅籽晶棒）英坩埚内的高纯度电子级硅在1415度融化（需要注意的是熔硅的时间不宜过长逐渐降低到熔融的硅中，籽晶表面得就浸在熔融的硅中并开始融化，籽晶的温度略低于硅的熔点。
当系统稳定后，将籽晶缓慢拉出，同时熔融的硅也被拉出。
使其沿着籽晶晶体的方向凝固。
籽晶晶体的旋转和熔化可以改善整个硅锭掺杂物的均匀性。
的多晶硅棒垂直放在高温炉反应室。
加热将多晶硅棒的低端熔化，然后50-100cm FZ法：即悬浮区融法。
将一条长度把籽晶溶入已经熔化的区域。
熔体将通过熔融硅的表面张力悬浮在籽晶和多晶硅棒之间，然后加热线圈缓慢升高温度将熔融硅的上方部分多晶硅棒开始熔化。
此时靠近籽晶晶体一端的熔融的硅开始凝固，形成与籽晶相同的晶体结构。
当加热线圈扫描整个多晶硅棒后，便将整个多晶硅棒转变成单晶硅棒。
法优点：①所生长的单晶的直径较大，成本相对较低；②通过热场调整及晶转，坩埚等工艺参数的优化，可以较好CZ的控制电阻率径向均匀性。
缺点：石英坩埚内壁被熔融的硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响，易引入氧、碳杂质，不易生长高电阻率单晶。
③高纯度、高电阻率、低法高。
②无需坩埚、石墨托，污染少 CZFZ法优点：①可重复生长，提纯单晶，单晶纯度较法，熔体与晶体界面复杂，很④悬浮区熔法主要用于制造分离式功率元器件所需要的晶圆。
缺点：直径不如CZ氧、低碳难得到无位错晶体，需要高纯度多晶硅棒作为原料，成本高。
优点：较少温度波动，减轻溶硅与坩埚作用，降低了缺陷密度，氧含量，提高了电阻分布的均匀MC：改进直拉法性2．晶圆的制造步骤【填空】答：1、整形处理：去掉两端，检查电阻确定单晶硅达到合适的掺杂均匀度。
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5. 注入离子在无定形靶纵向服从何分布，有何特点？
服从高斯分布：
N(x)Nmaxexp12xRRpp
2
特点
1）在 x = RP 处的两边，注入离子浓度对称地下降，且下 降速度越来越快。
2）注入剂量为
N s0N (x)d x2N m aR x p
3）最大浓度Nmax位置在样品内的平均投影射程处
3
3. 离子在靶内运动时，损失能量可分核阻止和电子阻止，解 释什么是核阻止、电子阻止？在一级近似下，两种阻止本领 与注入离子能量具有何关系？
答：核阻止即核碰撞，是注入离子与靶原子核之间的相互碰 撞。因两者质量是一个数量级，一次碰撞可以损失较多能量， 且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置， 留下空位，形成缺陷。
第四章 离子注入习题参考答案
1
1. 试叙述离子注入掺杂技术与常规热扩散掺杂技术的不同之 处。
1）掺杂纯度高； 2）注入剂量范围宽，同一平面内杂质分布的均匀性精度在
±1％以内； 3）不受固溶度限制、掩模材料范围大； 4）可精确控制掺杂的浓度分布和掺杂深度； 5）掺杂温度低，可避免产生热缺陷； 6）横向扩散效应小； 7）易于实现化合物半导体的掺杂； 8）可通过氧化硅膜进行注入，可有效防止污染。
或者对于给定的具有荷质比为 eo 的离子，可通过调节磁场B 使
之满足下式，从而使该种离子通过光阑2。
1
B
2V a eor 2
2
其余的离子则不能通过光阑2，由此达到分选离子的目的。
另外，若固定 r 和Va ，通过连续改变B ，可使具有不同荷 质比的离子依次通过光阑 2，测量这些不同荷质比的离子束流 的强度，可得到入射离子束的质谱分布。
5
质量分析器工作原理
洛伦兹力
Fm evB 向心力
mv 2 Fa R
进入质量分析器
前的离子能量 E eVa
进入质量分析器 后的离子能量
E 1 mv2 2
光阑1
v
B
Fm r
光阑2
1
1
rm eBv2emB2Va 2
e2oVBa2
2
6
从上式可知，满足荷质比
eo
2Va r2B2
的离子可通过光阑2。
2
2. 离子注入技术的实施过程中包括注入和退火两个基本工艺 过程。试描述退火工艺过程的工艺目的。 答 ：所谓退火，是一个工艺过程：将完成离子注入的硅片置 于特定的温度下，经过适当时间的热处理，则可达到两个目 的。第一个目的是使硅片由于高能离子注入而产生的表层晶 格损伤部分地或绝大部分得到消除；另一个目的是使处于电 离状态的掺杂离子得到激活还原为受主或施主状态，从而使 少数载流子的寿命、迁移率得到恢复。
N (xRp)N max 2 N sR P0 .4 R N Ps
6. 离子注入并在低于热扩散的温度下退火后，杂质纵向分布 为什么会出现高斯展宽与拖尾现象？
a) 离子注入后会对晶格造成简单晶格损伤和非晶层形成； b) 损伤晶体空位密度大于非损伤晶体，且存在大量间隙原
子和其他缺陷，使扩散系数增大，扩散效应增强； c) 故，虽然热退火温度低于热扩散温度，但杂质的扩散也
电子阻止即电子碰撞，是注入离子与靶内自由电子以及 束缚电子之间的相互碰撞。因离子质量比电子大很多，每次 碰撞离子能量损失很少，且都是小角度散射，且方向随机， 故经多次散射，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。
4
4. 写出离子注入设备的各个组成部分，并解释质量分析器的 工作原理？ 组成部分：离子源、质量分析器、加速系统、中性偏移器、 聚焦系统、偏转扫描系统、工作室 质量分析器的工作原理：见课件
是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现象。
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