半導體工藝集成電路制造技術答案1,2單元

1、第一單元習題1.以直拉法拉制摻硼硅錠，切割后獲硅片，在晶錠頂端切下的硅片，硼濃度為以直拉法拉制摻硼硅錠，切割后獲硅片，在晶錠頂端切下的硅片，硼濃度為31015atomscm3。當熔料的。當熔料的90％已拉出，剩下％已拉出，剩下10％開始生長時，所對應的晶錠上的該％開始生長時，所對應的晶錠上的該位置處切下的硅片，硼濃度是多少位置處切下的硅片，硼濃度是多少已知：C0B=31015atomscm3；kB=0.35；由得：lsCCk?硅熔料中硼

2、的初始濃度為：C0l=C0BkB=310150.35≈8.571015atomscm3；由得：10)1(???ksXkCC剩下10％熔料時，此處晶錠的硼濃度為：C90%B=kBC0l0.1kB1=0.358.5710150.10.351=1.3410162.硅熔料含硅熔料含0.1％原子百分比的磷，假定溶液總是均勻的，計算當晶體拉出％原子百分比的磷，假定溶液總是均勻的，計算當晶體拉出10％，％，50％，％，90％時的摻雜濃度。％時的摻雜濃

3、度。已知：硅晶體原子密度為：51022atomscm3含0.1％原子百分比的磷熔料中磷濃度為：C0p=510220.1％=51019atomscm3；kp=0.8由計算得：10)1(???ksXkCCC10%p=kPC0p0.9kp1=0.8510190.90.2=4.091019atomscm3C50%p=0.8510190.50.2=4.591019atomscm3C90%p=0.8510190.10.2=6.341019atoms

4、cm33.比較硅單晶錠比較硅單晶錠CZ、MCZ和FZ三種生長方法的優(yōu)缺點？三種生長方法的優(yōu)缺點？答：CZ法工藝成熟可拉制大直徑硅錠，但受坩鍋熔融帶來的O等雜質濃度高，存在一定雜質分布，因此，相對于MCZ和FZ法，生長的硅錠質量不高。當前仍是生產大直徑硅錠的主要方法。MCZ法是在CZ技術基礎上發(fā)展起來的，生長的單晶硅質量更好，能得到均勻、低氧的大直徑硅錠。但MCZ設備較CZ設備復雜得多，造價也高得多，強磁場的存在使得生產成本也大幅提高。M

5、CZ法在生產高品質大直徑硅錠上已成為主要方法。FZ法與CZ、MCZ法相比，去掉了坩堝，因此沒有坩堝帶來的污染，能拉制出更高純度、無氧的高阻硅，是制備高純度，高品質硅錠，及硅錠提存的方法。但因存在熔融區(qū)因此拉制硅錠的直徑受限。FZ法硅錠的直徑比CZ、MCZ法小得多。4.直拉硅單晶，晶錠生長過程中摻雜，需要考慮哪些因素會對硅錠雜質濃度及均勻性帶來直拉硅單晶，晶錠生長過程中摻雜，需要考慮哪些因素會對硅錠雜質濃度及均勻性帶來影響？影響？答：直拉

6、法生長單晶時，通常采用液相摻雜方法，對硅錠雜質濃度及均勻性帶來影響的因素主要有：雜質分凝效應，雜質蒸發(fā)現(xiàn)象，所拉制晶錠的直徑，坩鍋內的溫度及其分布。5.磁控直拉設備本質上是模仿空間微重力環(huán)境來制備單晶硅。磁控直拉設備本質上是模仿空間微重力環(huán)境來制備單晶硅。為什么在空間為什么在空間微重力微重力實驗室實驗室能生長出優(yōu)質單晶。能生長出優(yōu)質單晶。答：直拉生長單晶硅時，坩堝內熔體溫度呈一定分布。熔體表面中心處溫度最低，坩堝壁面和底部溫度最高。熔體

7、的溫度梯度帶來密度梯度，坩堝壁面和底部熔體密度最低，表面中心處熔體密度最高。地球重力場的存在使得坩堝上部密度高的熔體向下，而底部、壁面密度低第二單元習題解答第二單元習題解答1.SiO2膜網絡結構特點是什么？氧和雜質在SiO2網絡結構中的作用和用途是什么？對SiO2膜性能有哪些影響？二氧化硅的基本結構單元為SiO四面體網絡狀結構，四面體中心為硅原子，四個頂角上為氧原子。對SiO2網絡在結構上具備“長程無序、短程有序”的一類固態(tài)無定形體或玻

8、璃體。半導體工藝中形成和利用的都是這種無定形的玻璃態(tài)SiO2。氧在SiO2網絡中起橋聯(lián)氧原子或非橋聯(lián)氧原子作用，橋聯(lián)氧原子的數(shù)目越多，網絡結合越緊密，反之則越疏松。在連接兩個SiO四面體之間的氧原子摻入SiO2中的雜質，按它們在SiO2網絡中所處的位置來說，基本上可以有兩類：替代（位）式雜質或間隙式雜質。取代SiO四面體中Si原子位置的雜質為替代（位）式雜質。這類雜質主要是ⅢA，ⅤA元素，如B、P等，這類雜質的特點是離子半徑與Si原子的

9、半徑相接近或更小，在網絡結構中能替代或占據(jù)Si原子位置，亦稱為網絡形成雜質。由于它們的價電子數(shù)往往和硅不同，所以當其取代硅原子位置后，會使網絡的結構和性質發(fā)生變化。如雜質磷進入二氧化硅構成的薄膜稱為磷硅玻璃，記為PSG；雜質硼進入二氧化硅構成的薄膜稱為硼硅玻璃，記為BSG。當它們替代硅原子的位置后，其配位數(shù)將發(fā)生改變。具有較大離子半徑的雜質進入SiO2網絡只能占據(jù)網絡中間隙孔（洞）位置，成為網絡變形（改變）雜質，如Na、K、Ca、Ba、

10、Pb等堿金屬、堿土金屬原子多是這類雜質。當網絡改變雜質的氧化物進入SiO2后，將被電離并把氧離子交給網絡，使網絡產生更多的非橋聯(lián)氧離子來代替原來的橋聯(lián)氧離子，引起非橋聯(lián)氧離子濃度增大而形成更多的孔洞，降低網絡結構強度，降低熔點，以及引起其它性能變化。2.在SiO2系統(tǒng)中存在哪幾種電荷？他們對器件性能有些什么影響？工藝上如何降低他們的密度？在二氧化硅層中存在著與制備工藝有關的正電荷。在SiO2內和SiO2Si界面上有四種類型的電荷：可動離

11、子電荷：Qm；氧化層固定電荷：Qf；界面陷阱電荷：Qit；氧化層陷阱電荷：QOt。這些正電荷將引起硅二氧化硅界面p硅的反型層，以及MOS器件閾值電壓不穩(wěn)定等現(xiàn)象，應盡量避免。（1）可動離子電荷（）可動離子電荷（Mobileionicge）Qm主要是Na、K、H等荷正電的堿金屬離子，這些離子在二氧化硅中都是網絡修正雜質，為快擴散雜質，電荷密度在1010~1012cm2。其中主要是Na，因為在人體與環(huán)境中大量存在Na，熱氧化時容易發(fā)生Na沾

12、污。Na離子沾污往往是在SiO2層中造成正電荷的一個主要來源。這種正電荷將影響到SiO2層下的硅的表面勢，從而，SiO2層中Na的運動及其數(shù)量的變化都將影響到器件的性能。進入氧化層中的Na數(shù)量依賴于氧化過程中的清潔度?，F(xiàn)在工藝水平已經能較好地控制Na的沾污，保障MOS晶體管閾值電壓VT的穩(wěn)定。存在于SiO2中的Na，即使在低于200℃的溫度下在氧化層中也具有很高的擴散系數(shù)。同時由于Na以離子的形態(tài)存在，其遷移(transpt)能力因氧化