硅工艺第7章 外延习题参考答案
IC工艺原理习题
第一章外延思考题1.外延是___________________________________________________________________。
2.名词解释:同质结外延,异质结外延正外延,反外延SOS，SOI结构软误差，3.埋层外延中的图形漂移与滑移原因及解决办法。
4.分析外延中的自掺杂效应,讨论解决办法。
5.分析外延中的可能产生的几种缺陷,讨论解决办法。
6.总结影响外延生长速率的几种因素,如何提高外延层质量。
7.根据两种硅气相外延的原理，比较两种硅气相外延的特点。
8.外延技术在双极及MOS电路的主要用途第二章氧化工艺10001. 根据硅和二氧化硅的密度和分子量，说明生长厚度为x0的氧化层，计算要消耗厚度为___ x0的硅层，二氧化硅的密度用2.27g/cm3,硅的密度用2.33g/cm3，硅的原子量为28，氧的原子量为16。
选择题10002. 氧化层厚度和氧化时间的关系式为x0=A tA B21412++-⎛⎝⎫⎭⎪τ/，请化简，当氧化时间很短时，即()BAt4/2<<+τ, 则X0=_____A.BAt()+τ B. B t()+τ C.2BAt()+τ D.2B t()+τ10004 .氧化层厚度和氧化时间的关系式为X0=A tA B21412++-⎛⎝⎫⎭⎪τ/，当氧化时间很短时，即()BAt4/2<<+τ，它属于（）A. 表面反应控制B. 扩散控制10006在温度相同的情况下，制备相同厚度的氧化层，分别用干氧，湿氧和水汽氧化，哪个需要的时间最长？（）A.干氧B.湿氧C.水汽氧化10008. 二氧化硅膜能有效的对扩散杂质起掩蔽作用的基本条件有哪些______1．杂质在硅中的扩散系数大于在二氧化硅中的扩散系数2．杂质在硅中的扩散系数小于在二氧化硅中的扩散系数3．二氧化硅的厚度大于杂质在二氧化硅中的扩散深度4．二氧化硅的厚度小于杂质在二氧化硅中的扩散深度A．2,4 B.1,3 C.1,4 D.2,310010. 半导体器件生产中所制备的二氧化硅薄膜属于（）A．结晶形二氧化硅 B. 无定形二氧化硅10011. 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．1,2 B. 1,2,3 C. 1,2,4,5 D.1,2,3,4,510012. 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. 1,2 B. 2,3 C. 2,4 D.1,410013. 硅平面制造工艺的硼、磷扩散都属于_____ A. 代位式扩散 B.间隙式扩散填空题:20001. 在硅-二氧化硅系统中存在______电荷、可动电荷、界面态电荷和氧化层陷阱电荷。
第七部分 硅的制备——2024届高考化学攻破实验专项训练(含答案)
第七部分 硅的制备——2024届高考化学攻破实验专项训练 学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题1．下列关于硅及其化合物的说法，错误的是( )A.二氧化硅是半导体材料，硬度大，可用于制造光导纤维B.利用焦炭制备粗硅的化学方程式为：2SiO 2CSi 2CO ++↑高温C.不能用带玻璃瓶塞的试剂瓶盛放NaOH 溶液D.硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品的干燥剂2．“中国芯”的主要原料是单晶硅，制取纯硅的过程如图所示。
下列说法正确的是( )A.步骤①中的反应为22SiO C Si CO ++↑高温B.二氧化硅是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸C.步骤②和③均属于置换反应D.28g 纯硅中含有4molSi-Si 键3．实验室用3SiHCl （沸点33.0℃）与过量2H 在1100℃下反应制得纯硅，制备纯硅的装置如图所示（夹持及加热装置略去），已知：3SiHCl 能与2H O 剧烈反应，在空气中易自燃，下列说法错误的是( )A.装置B 中的试剂是浓硫酸，目的是除去氢气中的水蒸气B.装置C 中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的3SiHCl 气化C.实验时石英管用酒精灯外焰加热D.为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是排尽装置中的空气以及控制好反应温度4．工业上制备高纯硅，一般需要先制得98%左右的粗硅，再以粗硅为原料制备高纯硅，工艺流程如下；工业上还以粗硅为原料采用熔融盐电解法制取甲硅烷（4SiH ），电解装置如图所示：下列有关说法正确的是( )A.制备粗硅的化学方程式：22SiO C Si 2CO ++↑高温B.制备高纯硅的工艺中可循环使用的物质只有HClC.阴极发生的电极反应：2H 2e 2H --+D.2SiO 、Si 、4SiH 都属于共价晶体5．高纯单晶硅是重要的半导体材料，在各种集成电路、芯片和CPU 的制作中有不可替代的作用。
硅工艺-《集成电路制造技术》课程-试题
硅工艺-《集成电路制造技术》课程-试题(总11页)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）。
第七章 外延
7.2.3 自掺杂效应（非故意掺杂） 自掺杂效应（非故意掺杂）
定义：衬底杂质及其他来源杂质非人为地掺入外延层。 定义：衬底杂质及其他来源杂质非人为地掺入外延层。 来源:各种气相自掺杂 来源 各种气相自掺杂 ①衬底扩散蒸发的杂质：在外延生长的初期； 衬底扩散蒸发的杂质：在外延生长的初期； 衬底背面及侧面释放的杂质； ②衬底背面及侧面释放的杂质； 外延生长前吸附在表面的杂质； ③外延生长前吸附在表面的杂质； 气相腐蚀的杂质； ④气相腐蚀的杂质； ⑤其他硅片释放的杂质。 其他硅片释放的杂质。 外延系统：基座、输入气体中的杂质。 ⑥外延系统：基座、输入气体中的杂质。
SOI技术的特点与优势 技术的特点与优势
1．速度高 ：在相同的特征尺寸下，工作速度可提高 ． 在相同的特征尺寸下， 30-40％； ％； 2．功耗低： 在相同的工作速度下，功耗可降低 ．功耗低： 在相同的工作速度下， 50 ％ - 60％； ％； 3．特别适合于小尺寸器件； ．特别适合于小尺寸器件； 4．特别适合于低压、低功耗电路； ．特别适合于低压、低功耗电路； 5．集成密度高 ： 封装密度提高约 ％； 封装密度提高约40％； ． 6．低成本： 最少少用三块掩模版，减少 ．低成本： 最少少用三块掩模版，减少13%-20% ％）的工序 （30％）的工序； ％）的工序； 7．耐高温环境： 工作温度 ．耐高温环境： 工作温度300℃-500℃； ℃ ℃ 8．抗辐照特性好： 是体硅器件的 ．抗辐照特性好： 是体硅器件的50-100倍。 倍
第七章
主
外延
讲：毛 维
mwxidian@ 西安电子科技大学微电晶衬底上，按衬底晶向生长一层新的单 晶薄膜的工艺技术。 晶薄膜的工艺技术。 外延层：衬底上新生长的单晶层。 外延层：衬底上新生长的单晶层。 外延片：生长了外延层的衬底硅片。 外延片：生长了外延层的衬底硅片。 应用 双极器件与电路： ①双极器件与电路： 轻掺杂的外延层——较高的击穿电压； 较高的击穿电压； 轻掺杂的外延层 较高的击穿电压 重掺杂的衬底降低集电区的串联电阻。 重掺杂的衬底降低集电区的串联电阻。 电路： ②CMOS电路： 电路 避免了闩锁效应：降低漏电流。 避免了闩锁效应：降低漏电流。
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。
集成电路制造技术-原理与工艺 课后习题答案
是在高真空溅射时，在衬底正上方插入一块高纵横比 孔的平板，称为准直器。溅射原子的平均自由程足够 长，则在准直器与衬底之间几乎不会发生碰撞。因 此， 。 。 。
高温二氧化硅 (掺杂或不掺 杂),氮化硅、多晶硅等
低温，快速淀积，好的台 阶覆盖能力，好的间隙填 充能力
要求 RF 系统，高成本， 压力远大于张力，化学物 质（如 H2）和颗粒沾污
高的深宽比间隙的填充，金 属上的 SiO2,ILD-1,ILD, 为了双镶嵌结构的铜籽晶 层，钝化( Si3N4).
5.等离子体是如何产生的？
PECVD 是如何利用等离子体的？
等离子增强化学气相淀积是采用等离子体技术把电能耦合到气体中， 激活并维持 化学反应进行薄膜的一种工艺方法。 衬底吸附等离子体内活泼的中性原子团与游 离基，在表面发生化学反应生成薄膜物质，并不断受到离子和电子轰击，容易迁 移、重排，使得淀积薄膜均匀性好，填充小尺寸结构能力强。
2
2
h
h
解：
氧化层生长厚度与生长时间之间的关系式为
xSiO2 2 AxSiO2 B(t )
已知 0 ， A 0.18 m ， B 0.415 m 所以
2
h
， xSiO2 1 m
t 2.84 h
抛物线型速率B T1=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？
答：通常情况下，气体处于中性状态，只有极少的分子受到高能宇宙射线的激发 而电离。在没有外加电场时，这些电离的带点粒子与气体分子一样，作杂乱无章 的热运动。当有外加电场时，气体中的自然产生的离子和电子做定向移动，运动 速度随着电压增加而加快，电流也就随着电压的增加而线性增大。当电压足够大 到一定时，出现辉光放电现象，气体突然发生击穿现象，使得气体具有一定导电 能力。此时的气体由正离子、电子、光子以及原子、原子团、分子及它们的激发 态所组成的混合气体， 宏观上呈现电中性。这种具有一定导电能力的混合气体就 是等离子体。
外延一
→ H2清洗→降温→ N2冲洗
7.2.1 硅的气相外延工艺
硅外延工艺过程
外延生长 N2预冲洗→H2预冲洗→升温至850°C→升温至 1170°C→HCl排空→HCl抛光→ H2冲洗附面层→ 外延生长→ H2冲洗→降温→ N2冲洗
HCl抛光工序：腐蚀硅表面，露出新鲜有完整 晶格的硅表面；
作业
1. 淀积薄膜需要满足哪些质量要求？并解释各个特性参数 的概念。 2. 简述CVD和PVD的工艺原理。 3. 集成电路工艺中常用的薄膜都有哪些？并具体阐述其中 三种常用薄膜的工艺方法。 4. 解释以下几个物理概念：辉光放电，台阶覆盖特性，气 缺现象，钨插塞，等离子体，单晶硅和多晶硅。 5. 比较APCVD,LPCVD和PECVD的各自特点。 6. 比较不同硅源的APCVD-SiO2的工艺方法。 7. 热氧化与CVD生长的SiO2薄膜有什么不同？ 8. CVD生长SiO2薄膜常用的三种硅源反应剂分别是什么？ TEOS/O3技术淀积SiO2薄膜的优点和存在的问题。
H2冲洗附面层：去除HCl等气体。
7.2.1 硅的气相外延工艺
硅外延生长模型
同质外延层是生长在完整晶体的某个晶面上，晶面的构造特征描述为：
平台、扭转、台阶，是切割硅片时偏离了晶向产生的，这样的表面
称为近晶面。
平台 单原子层阶梯 Kink
Adatom 阶梯原子
平台空位
7.2.1 硅的气相外延工艺
氢还原SiCl4析出硅原子过程； 硅原子在衬底上生成单晶层的过程。
速度较慢的一个
将决定外延生长速率。
7.2.2 影响外延生长速率的因素
外延生长速率与反应剂浓度的关系
当SiCl4浓度较小时： SiCl4被氢还
半导体材料第5章硅外延生长课后答案
第五章硅外延生长1、解释名词：①*自掺杂：外延生长时由衬底、基座和系统等带来的杂质进入到外延层中的非人为控制的掺杂称为自掺杂。
②外扩散：在外延生长中，由于是在高温条件下进行的，衬底中的杂质会扩散进入外延层致使外延层和衬底之间界面处的杂质浓度梯度变平的现象。
③外延夹层：外延层和衬底界面附近出现的高阻层或反形层。
④双掺杂技术：在外延生长或扩散时，同时引入两种杂质。
因为原子半径不同而产生的应变正好相反。
当两种杂质原子掺入比例适当时，可以使应力互相得到补偿，减少或避免发生晶格畸变，从而消除失配位错的产生。
这种方法叫作双掺杂技术。
⑤SOS技术：在蓝宝石或者尖晶石衬底上外延生长硅。
⑥SOI技术：把器件制作在绝缘衬底上生长的硅单晶层上。
（当器件尺寸缩小到亚微米范围以内时，常规结构就不适应了，导致了SOI结构的发展）⑦SIMOX：氧注入隔离，通过氧离子注入到硅片，再经高温退火过程消除注入缺陷而成。
⑧SDB&BE：直接键合与背面腐蚀技术。
将两片硅片通过表面的S i O2层键合在一起,再把背面用腐蚀等方法减薄来获得SOI结构。
⑨ELTRAN：外延层转移，在多孔硅表面上可生长平整的外延层，并能以合理的速率将多孔硅区域彻底刻蚀掉，该技术保留了外延层所具有的原子平整性，在晶体形成过程中也不产生颗粒堆积或凹坑，因此具有比其它SOI技术更为优越的性能。
⑩Smart-Cut：利用H+注入Si片中形成气泡层，将注氢片与另一片支撑片键合，经适当的热处理，使注氢片从气泡层完整剥离形成SOI结构。
2、*(简述)详述影响硅外延生长速率的因素。
答：①S i CL4浓度：生长速率随浓度的增加增大并达到一个最大值，以后由于腐蚀作用增大，生长速率反而降低。
②*温度：当温度较低时，生长速率随温度升高而呈指数变化，在较高温度区，生长速率随温度变化比较平缓，并且晶体完整性比较好。
③气流速度：在反应物浓度和生长温度一定时，生长速率与总氢气流速平方根成比例关系，但到极限时不在增加。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3、简述层错法测量外延厚度的原理，及测量时的注意事项。 、简述层错法测量外延厚度的原理，及测量时的注意事项。 原理： 原理： 层错是外延层的一种体内缺陷， 层错是外延层的一种体内缺陷，由于层错一般是由外延层与 衬底界面开始，一直延伸到表面，那么， 衬底界面开始，一直延伸到表面，那么，缺陷图形的边长与 外延层厚度之间就存在一定的比例关系。因此， 外延层厚度之间就存在一定的比例关系。因此，可以通过测 量缺陷图形的边长，换算出外延层的厚度， 量缺陷图形的边长，换算出外延层的厚度，达到测量外延层 厚度的目的。 厚度的目的。 通过显微镜测量出三角形的边长l， 通过显微镜测量出三角形的边长 ，就可以换算出层错四面 体的高度，即外延层的厚度T。 体的高度，即外延层的厚度 。 l
2、什么是自掺杂效应？什么是扩散效应？这两个效应使得 、什么是自掺杂效应？什么是扩散效应？ 衬底/外延界面杂质分布有怎样的变化 外延界面杂质分布有怎样的变化？ 衬底 外延界面杂质分布有怎样的变化？ 自掺杂效应：在外延生长过程中， 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、或者因化学反应的副产物对衬底或外延层的腐蚀 副产物对衬底或外延层的腐蚀， 热蒸发、或者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到边界层中， 都会使衬底和（或）外延层中的杂质进入到边界层中，改变 了边界层中的掺杂成份和浓度 掺杂成份和浓度， 了边界层中的掺杂成份和浓度，从而导致了外延层中杂质的 实际分布偏离理想情况。 实际分布偏离理想情况。 扩散效应：衬底中的杂质与外延层中的杂质， 扩散效应：衬底中的杂质与外延层中的杂质，在外延生长时 相互扩散， 相互扩散，引起衬底与外延层界面附近的杂质浓度缓慢变化 的现象。 的现象。 界面杂质分布的变化有：界面附近杂质浓度缓变；对于p-n 界面杂质分布的变化有：界面附近杂质浓度缓变；对于 结则引起结位置的移动。 结则引起结位置的移动。
原因： 原因： 高温区，生长速率对温度的变化不敏感，生长速率由气相质 高温区，生长速率对温度的变化不敏感， 量输运控制。 量输运控制。决定外延生长速率的主要因素是单位时间内反 应剂输运到衬底表面的数量、 应剂输运到衬底表面的数量、或者是化学反应的副产物通过 扩散方式离开衬底表面的速率；随着温度上升， 扩散方式离开衬底表面的速率；随着温度上升，生长速率有 微弱增加的原因是气相中反应剂的扩散能力随温度上升有微 弱增加。 弱增加。 低温区，生长速率由表面化学反应控制， 低温区，生长速率由表面化学反应控制，又表面化学反应速 率与温度有一指数关系， 率与温度有一指数关系，故生长速率对温度的变化非常敏 化学反应激活能约为1.5eV，与所使用的硅源无关，控 感 。化学反应激活能约为 ，与所使用的硅源无关， 制反应速率的机制是反应表面对氢的解吸。 制反应速率的机制是反应表面对氢 816 l 3
外延层 l 衬底
T
• 层错法测量外延层厚度需注意两点： 层错法测量外延层厚度需注意两点： – 在测量时要选择大的图形，不能选择靠近外延层边缘 在测量时要选择大的图形， 的图形； 的图形； – 经过化学腐蚀之后，外延层要减薄一定厚度，腐蚀时 经过化学腐蚀之后，外延层要减薄一定厚度， 间不应过长。 间不应过长。
第七章 外延习题参考答案
1、读图7.6说明各种硅源进行外延生长时，生长速率与温度 、读图 说明各种硅源进行外延生长时 说明各种硅源进行外延生长时， 的关系，并解释原因。 的关系，并解释原因。 图中体现了以下两点： 图中体现了以下两点： 1）生长速率依赖于所选用 ） 的 硅 源 ， 生 长 率 SiH4> SiH2Cl2 > SiHCl3 > SiCl4。 2）可观察到两个生长区域， ）可观察到两个生长区域， 低温区A， 高温区B。 区 低温区 ， 高温区 。 A区 对温度 变 对 温度变 化敏 感 ； B 区 对 温度变化不敏感， 温度变化不敏感 ， 随着温 度上升， 度上升 ， 生长速率仅有微 弱增加。 弱增加。