半導(dǎo)體工藝集成電路制造技術(shù)答案1,2單元

1、第一單元習(xí)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(dāng)熔料的。當(dāng)熔料的90％已拉出，剩下％已拉出，剩下10％開(kāi)始生長(zhǎng)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的晶錠上的該％開(kāi)始生長(zhǎng)時(shí)，所對(duì)應(yīng)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(shí)，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(jì)算當(dāng)晶體拉出％原子百分比的磷，假定溶液總是均勻的，計(jì)算當(dāng)晶體拉出10％，％，50％，％，90％時(shí)的摻雜濃度。％時(shí)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(jì)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(zhǎng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)？三種生長(zhǎng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)？答：CZ法工藝成熟可拉制大直徑硅錠，但受坩鍋熔融帶來(lái)的O等雜質(zhì)濃度高，存在一定雜質(zhì)分布，因此，相對(duì)于MCZ和FZ法，生長(zhǎng)的硅錠質(zhì)量不高。當(dāng)前仍是生產(chǎn)大直徑硅錠的主要方法。MCZ法是在CZ技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，生長(zhǎng)的單晶硅質(zhì)量更好，能得到均勻、低氧的大直徑硅錠。但MCZ設(shè)備較CZ設(shè)備復(fù)雜得多，造價(jià)也高得多，強(qiáng)磁場(chǎng)的存在使得生產(chǎn)成本也大幅提高。M

5、CZ法在生產(chǎn)高品質(zhì)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(méi)有坩堝帶來(lái)的污染，能拉制出更高純度、無(wú)氧的高阻硅，是制備高純度，高品質(zhì)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(zhǎng)過(guò)程中摻雜，需要考慮哪些因素會(huì)對(duì)硅錠雜質(zhì)濃度及均勻性帶來(lái)直拉硅單晶，晶錠生長(zhǎng)過(guò)程中摻雜，需要考慮哪些因素會(huì)對(duì)硅錠雜質(zhì)濃度及均勻性帶來(lái)影響？影響？答：直拉

6、法生長(zhǎng)單晶時(shí)，通常采用液相摻雜方法，對(duì)硅錠雜質(zhì)濃度及均勻性帶來(lái)影響的因素主要有：雜質(zhì)分凝效應(yīng)，雜質(zhì)蒸發(fā)現(xiàn)象，所拉制晶錠的直徑，坩鍋內(nèi)的溫度及其分布。5.磁控直拉設(shè)備本質(zhì)上是模仿空間微重力環(huán)境來(lái)制備單晶硅。磁控直拉設(shè)備本質(zhì)上是模仿空間微重力環(huán)境來(lái)制備單晶硅。為什么在空間為什么在空間微重力微重力實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室能生長(zhǎng)出優(yōu)質(zhì)單晶。能生長(zhǎng)出優(yōu)質(zhì)單晶。答：直拉生長(zhǎng)單晶硅時(shí)，坩堝內(nèi)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(lái)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(chǎng)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(xí)題解答第二單元習(xí)題解答1.SiO2膜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？氧和雜質(zhì)在SiO2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的作用和用途是什么？對(duì)SiO2膜性能有哪些影響？二氧化硅的基本結(jié)構(gòu)單元為SiO四面體網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，四面體中心為硅原子，四個(gè)頂角上為氧原子。對(duì)SiO2網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上具備“長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序”的一類固態(tài)無(wú)定形體或玻

8、璃體。半導(dǎo)體工藝中形成和利用的都是這種無(wú)定形的玻璃態(tài)SiO2。氧在SiO2網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)結(jié)合越緊密，反之則越疏松。在連接兩個(gè)SiO四面體之間的氧原子摻入SiO2中的雜質(zhì)，按它們?cè)赟iO2網(wǎng)絡(luò)中所處的位置來(lái)說(shuō)，基本上可以有兩類：替代（位）式雜質(zhì)或間隙式雜質(zhì)。取代SiO四面體中Si原子位置的雜質(zhì)為替代（位）式雜質(zhì)。這類雜質(zhì)主要是ⅢA，ⅤA元素，如B、P等，這類雜質(zhì)的特點(diǎn)是離子半徑與Si原子的

9、半徑相接近或更小，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中能替代或占據(jù)Si原子位置，亦稱為網(wǎng)絡(luò)形成雜質(zhì)。由于它們的價(jià)電子數(shù)往往和硅不同，所以當(dāng)其取代硅原子位置后，會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化。如雜質(zhì)磷進(jìn)入二氧化硅構(gòu)成的薄膜稱為磷硅玻璃，記為PSG；雜質(zhì)硼進(jìn)入二氧化硅構(gòu)成的薄膜稱為硼硅玻璃，記為BSG。當(dāng)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(zhì)進(jìn)入SiO2網(wǎng)絡(luò)只能占據(jù)網(wǎng)絡(luò)中間隙孔（洞）位置，成為網(wǎng)絡(luò)變形（改變）雜質(zhì)，如Na、K、Ca、Ba、

10、Pb等堿金屬、堿土金屬原子多是這類雜質(zhì)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)改變雜質(zhì)的氧化物進(jìn)入SiO2后，將被電離并把氧離子交給網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生更多的非橋聯(lián)氧離子來(lái)代替原來(lái)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降低熔點(diǎn)，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(duì)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(guān)的正電荷。在SiO2內(nèi)和SiO2Si界面上有四種類型的電荷：可動(dòng)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(yīng)盡量避免。（1）可動(dòng)離子電荷（）可動(dòng)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(wǎng)絡(luò)修正雜質(zhì)，為快擴(kuò)散雜質(zhì)，電荷密度在1010~1012cm2。其中主要是Na，因?yàn)樵谌梭w與環(huán)境中大量存在Na，熱氧化時(shí)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(gè)主要來(lái)源。這種正電荷將影響到SiO2層下的硅的表面勢(shì)，從而，SiO2層中Na的運(yùn)動(dòng)及其數(shù)量的變化都將影響到器件的性能。進(jìn)入氧化層中的Na數(shù)量依賴于氧化過(guò)程中的清潔度?，F(xiàn)在工藝水平已經(jīng)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(kuò)散系數(shù)。同時(shí)由于Na以離子的形態(tài)存在，其遷移(transpt)能力因氧化