集成電路工藝原理課后作業(yè)

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1、集成電路工藝原理課后作業(yè)集成電路工藝原理課后作業(yè)第一章1.單晶Si片的制備工藝流程答：a）石英沙.冶金硅（粗硅）：SiO2+C.Si+CO2；b)冶金硅粉末+HCl.三氯硅烷：將冶金硅壓碎，制成冶金硅粉，通過與無水HCl反應(yīng)生成粗三氯硅烷，利用各組分沸點(diǎn)的不同來達(dá)到分離雜質(zhì)的目的，通過氣化和濃縮提純?nèi)裙柰椋籧)三氯硅烷+H2.多晶電子純硅：精餾后的三氯硅烷，被高純度H2帶入“西門子反應(yīng)器”還原。d)熔融的多晶電子純硅（EGS）.單晶硅錠：①直拉法②區(qū)熔法e)整型處理：去掉兩端、徑向研磨、定位邊；單晶硅錠切片、磨片倒角、刻蝕、

2、拋光；激光刻號(hào)，封裝。2.兩種拉單晶的方法（CZ、FZ）及其特點(diǎn)答：直拉法：在石英坩堝中將多晶硅熔融，上面用單晶硅籽晶直接拉成單晶硅錠。特點(diǎn)：便宜；大的硅片尺寸（直徑300mm）；材料可回收利用。區(qū)熔法：將材料局部熔化，形成狹窄的熔區(qū)，然后令熔區(qū)沿著材料緩慢移動(dòng)，利用分凝現(xiàn)象來分離雜質(zhì)，生長(zhǎng)單晶體。特點(diǎn)：更純的單晶硅（無坩堝）；更貴，硅片尺寸?。?50mm）；主要用于功率器件。3.單晶硅中硅的原子密度答：8/a3＝5×1022/cm34.在硅半導(dǎo)體中形成替位式雜質(zhì)的條件，可能的摻雜元素主要哪些？答：形成替位式雜質(zhì)的條件：（1）

3、原子大?。号c原晶格上的原子大小接近。（2）原子外部電子殼層和晶體結(jié)構(gòu)具有相似性?？赡茉兀孩?、Ⅴ族元素B、P、As。第二章1.熱氧化法答：Si與氧或水汽等氧化劑在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成SiO2。2.SiO2在集成電路中的應(yīng)用主要哪些？答：①自然層：無用②屏蔽層：離子注入③遮蔽層：擴(kuò)散④場(chǎng)區(qū)氧化層及介局部氧化物：隔離⑤襯墊層：避免氮化物的強(qiáng)應(yīng)力在Si中缺陷⑥犧牲層：消除Si表面缺陷。⑦柵氧化層：柵極介質(zhì)層。⑧阻擋層：淺溝隔離STI。3.熱氧化法常用的氧化源有哪些？采用不同氧化源制備SiO2，其各自的特點(diǎn)是什么？答：①氧氣（干氧氧

4、化，薄膜均勻致密，生長(zhǎng)速率慢）②水汽（水汽氧化，生長(zhǎng)速率快，薄膜疏松，特性不好）③氫氣與氧氣（水汽氧化、濕氧氧化，氫氣氧氣摩爾比不同時(shí)，效果介于前兩種之間）④含氯氣體（摻入其它氧化劑中，使柵氧中可移動(dòng)離子最小）4.在集成電路工藝中，制備厚的SiO2層主要采用什么氧化方式，其主要優(yōu)點(diǎn)是什么？答：采用的是干氧-濕氧-干氧相結(jié)合的氧化方式。這種氧化方式既保證SiO2表面和Si-SiO2界面質(zhì)量，又解決了生長(zhǎng)效率的問題。5.根據(jù)迪爾-格羅夫模型，定性分析在潔凈的硅表面熱氧化生長(zhǎng)SiO2的生長(zhǎng)過程。答：(1)先是反應(yīng)控制，主要控制因素是

5、溫度。(2)隨溫度上升，SiO2厚度上升，轉(zhuǎn)為輸運(yùn)控制。(3)輸運(yùn)控制中，氣流速率為主要影響因素。6.決定氧化速率常數(shù)的兩個(gè)重要工藝參數(shù)答：氧化溫度，氧化劑分壓。7.如圖，分析氧化速率與晶面取向的關(guān)系，并指出氧化溫度、氧化時(shí)間的影響答：①拋物型氧化速率常數(shù)B，與硅襯底晶向無關(guān)；②線性氧化速率常數(shù)B/A則強(qiáng)烈地依賴于晶面的取向；③當(dāng)氧化溫度升高時(shí)，晶面取向?qū)€性氧化速率的影響減??；④如果氧化時(shí)間很長(zhǎng)，也就是說當(dāng)氧化層很厚時(shí)，氧化速率受拋物線型氧化速率常數(shù)控制，晶面取向?qū)€性氧化速率的影響不再起作用。第三章1.描述菲克第一定律,給

6、出擴(kuò)散流密度的一維表達(dá)式,并說明雜質(zhì)在半導(dǎo)體中的擴(kuò)散系數(shù)與什么因素有關(guān)?答：菲克第一定律：如果在一個(gè)有限的基體中雜質(zhì)濃度C(x,t)存在梯度分布，則雜質(zhì)將會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，雜質(zhì)的擴(kuò)散流密度J正比于雜質(zhì)濃度梯度.C/.x，比例系數(shù)D定義為雜質(zhì)在基體中的擴(kuò)散系數(shù)。..xtxCDJ....,擴(kuò)散流密度的一維表達(dá)式為：D依賴于擴(kuò)散溫度、雜質(zhì)的類型以及雜質(zhì)濃度等2.雜質(zhì)原子的擴(kuò)散方式（兩大類）答：①間隙式擴(kuò)散：間隙式雜質(zhì)從一個(gè)間隙位置到另一個(gè)間隙位置的運(yùn)動(dòng)稱為間隙式擴(kuò)散。②替位式擴(kuò)散：替位雜質(zhì)從一個(gè)晶格位置擴(kuò)散到另一個(gè)晶格位置。3.簡(jiǎn)述兩

7、步擴(kuò)散工藝過程及作用答：第一步：預(yù)擴(kuò)散或者預(yù)淀積工藝過程：在較低溫度下，采用恒定表面源擴(kuò)散方式。在硅片表面擴(kuò)散一層數(shù)量一定，按余誤差函數(shù)形式分布的雜質(zhì)。作用：控制擴(kuò)散雜質(zhì)的數(shù)量。第二步：主擴(kuò)散或者再分布工藝過程：將由預(yù)擴(kuò)散引入的雜質(zhì)作為擴(kuò)散源，在較高溫度下進(jìn)行擴(kuò)散。作用：控制表面濃度和擴(kuò)散深度。4.考慮Si中的點(diǎn)缺陷,說明B和P雜質(zhì)在Si中的擴(kuò)散機(jī)制.答：考慮到點(diǎn)缺陷，B和P是靠空位擴(kuò)散和間隙擴(kuò)散兩種機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的。①替位型雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)制：雜質(zhì)原子運(yùn)動(dòng)到近鄰的空位上②間隙方式進(jìn)行擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：當(dāng)它遇到空位時(shí)可被俘獲，成為替位雜質(zhì)

8、；也可能在運(yùn)動(dòng)過程中“踢出”晶格位置上的硅原子進(jìn)入晶格位置，成為替位雜質(zhì)，被“踢出”硅原子變?yōu)殚g隙原子。③最終雜質(zhì)分布服從高斯分布5.什么是氧化增強(qiáng)擴(kuò)散?說明B和P的氧化增強(qiáng)擴(kuò)散機(jī)理.答：氧化增強(qiáng)擴(kuò)散：雜質(zhì)在氧化氣氛中的擴(kuò)散，與中性氣氛相比，存在明顯的增強(qiáng)。B：硅氧化時(shí)，在S