SiC同质外延薄膜中Ehrlich-Schwoebel势垒的计算--《第十七届全国晶体生长与材料学术会议摘要集》2015年
SiC同质外延薄膜中Ehrlich-Schwoebel势垒的计算
【摘要】：台阶位置和平面位置原子构型的区别,在台阶位置存在额外的势垒,即Ehrlich-Schwoebel(ES)势垒。ES势垒对外延薄膜生长质量有重要影响,不仅增加薄膜的表面粗糙度和降低薄膜的最大生长速率,还会影响生长过程中台阶的稳定性,导致台阶聚束。而SiC外延薄膜中的ES势垒的计算值未见报道。本文利用分子动力学中的静态结构弛豫方法对4H-SiC同质外延薄膜中的单原子和Si-C二聚体在台阶表面扩散过程中的ES势垒进行了模拟计算,得出了ES势垒值,研究了不同平面间不同台阶高度的ES势垒的差别。研究表明,不同的平面的台阶间的ES势垒存在较大差别,而随着台阶高度的增加,ES势垒趋于稳定值,稳定值的大小与台阶的类型有关;在不同的原子扩散机制下,即跳跃扩散和交换扩散,ES势垒明显不同,通过交换机制扩散的ES势比通过跳跃机制扩散的要低。
【作者单位】：
【分类号】：TB383.2
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许岗;谷智;魏淑敏;;[J];功能材料与器件学报;2012年05期
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半导体制造技术题库答案
1.分别简述 RVD 和 GILD 的原理，它们的优缺点及应用方向。 快速气相掺杂(RVD, Rapid Vapor-phase Doping) 利用快速热处理过程(RTP)将处在掺杂剂气 氛中的硅片快速均匀地加热至所需要的温度，同时掺杂剂发生反应产生杂质原子，杂质原子直 接从气态转变为被硅表面吸附的固态，然后进行固相扩散，完成掺杂目的。 同普通扩散炉中的掺杂不同，快速气相掺杂在硅片表面上并未形成含有杂质的玻璃层；同离 子注入相比(特别是在浅结的应用上)，RVD 技术的潜在优势是：它并不受注入所带来的一些效 应的影响；对于选择扩散来说，采用快速气相掺杂工艺仍需要掩膜。另外，快速气相掺杂仍然 要在较高的温度下完成。杂质分布是非理想的指数形式，类似固态扩散，其峰值处于表面处。 气体浸没激光掺杂(GILD: Gas Immersion Laser Doping) 用准分子激光器(308nm) 产生高能 量密度(0.5―2.0J/cm2)的短脉冲(20-100ns)激光，照射处于气态源中的硅表面；硅表面因吸收能 量而变为液体层；同时气态掺杂源由于热解或光解作用产生杂质原子；通过液相扩散，杂质原 子进入这个很薄的液体层，溶解在液体层中的杂质扩散速度比在固体中高八个数量级以上，因 而杂质快速并均匀地扩散到整个熔化层中。 当激光照射停止后，已经掺有杂质的液体层通过固相外延转变为固态结晶体。由液体变为固 态结晶体的速度非常快。 在结晶的同时， 杂质也进入激活的晶格位置， 不需要近一步退火过程， 而且掺杂只发生在表面的一薄层内。 由于硅表面受高能激光照射的时间很短，而且能量又几乎都被表面吸收，硅体内仍处于低温 状态，不会发生扩散现象，体内的杂质分布没有受到任何扰动。 硅表面溶化层的深度由激光束的能量和脉冲时间所决定。因此，可根据需要控制激光能量密 度和脉冲时间达到控制掺杂深度的目的。2.集成电路制造中有哪几种常见的扩散工艺？各有什么优缺点？ 扩散工艺分类：按原始杂质源在室温下的相态分类，可分为固态源扩散，液态源扩散和气态 源扩散。 固态源扩散 (1). 开管扩散? 优点：开管扩散的重复性和稳定性都很好。 (2). 箱法扩散优点；箱法扩散的硅表面浓度基本由扩散温度下杂质在硅中的固溶度决定，均 匀性较好。 (3). 涂源法扩散缺点：这种扩散方法的表面浓度很难控制，而且又不均匀。 (4). 杂质源也可以采用化学气相淀积法淀积，这种方法的均匀性、重复性都很好，还可以把 片子排列很密，从而提高生产效率，其缺点是多了一道工序。 液态源扩散液态源扩散优点：系统简单，操作方便，成本低，效率高，重复性和均匀性都很 好。扩散过程中应准确控制炉温、扩散时间、气体流量和源温等。源瓶的密封性要好，扩散系 统不能漏气。 气态源扩散气态杂质源多为杂质的氢化物或者卤化物，这些气体的毒性很大，且易燃易爆， 操作上要十分小心。 快速气相掺杂(RVD) 气体浸没激光掺杂(GILD)3.杂质原子的扩散方式有哪几种？它们各自发生的条件是什么？从原子扩散的角度举例说明氧化 增强扩散和氧化阻滞扩散的机理。 ①交换式：两相邻原子由于有足够高的能量，互相交换位置。 ②空位式：由于有晶格空位，相邻原子能移动过来。 ③填隙式：在空隙中的原子挤开晶格原子后占据其位，被挤出的原子再去挤出其他原子。 ④在空隙中的原子在晶体的原子间隙中快速移动一段距离后，最终或占据空位，或挤出晶格 上原子占据其位。 以上几种形式主要分成两大类：①替位式扩散；②填隙式扩散。 替位式扩散 如果替位杂质的近邻没有空位．则替位杂质要运动到近邻晶格位置上，就必须通过互相换位 才能实现。这种换位会引起周围晶格发生很大的畸变，需要相当大的能量，因此只有当替位杂 质的近邻晶格上出现空位，替位式扩散才比较容易发生。 填隙型扩散? 挤出机制：杂质在运动过程中 D踢出‖晶格位置上的硅原子进入晶格位置，成为替位杂质，被 D踢出‖硅原子变为间隙原子； Frank-Turnbull 机制：也可能被 D踢出‖的杂质以间隙方式进行扩散运动。当它遇到空位时 可被俘获，成为替位杂质。4.写出菲克第一定律和第二定律的表达式，并解释其含义。费克第一定律: C 杂质浓度; D 扩散系数(单位为 cm2/s) J 材料净流量（单位时间内流过单位面积的原子个数） 解释：如果在一个有限的基体中杂质浓度 C(x, t)存在梯度分布，则杂质将会产生扩散运动， 杂质的扩散流密度 J 正比于杂质浓度梯度/， 比例系数 D 定义为杂质在基体中的扩散系数。 杂质的扩散方向是使杂质浓度梯度变小。如果扩散时间足够长，则杂质分布逐渐变得均匀。 当浓度梯度变小时，扩散减缓。 D 依赖于扩散温度、杂质的类型以及杂质浓度等。菲克第二定律:，假设扩散系数 D 为常数→5.以 P2O5 为例，多晶硅中杂质扩散的方式及分布情况。 在多晶硅薄膜中进行杂质扩散的扩散方式与单晶硅中的方式是不同的，因为多晶硅中有晶粒 间界存在，所以杂质原子主要沿着晶粒间界进行扩散。 主要有三种扩散模式： ①晶粒尺寸较小或晶粒内的扩散较快，以至从两边晶粒间界向晶粒内的扩散相互重叠，形成 如图 A 类分布。 ②晶粒较大或晶粒内的扩散较慢， 所以离晶粒间界较远处杂质原子很少， 形成如图 B 类分布。 ③与晶粒间界扩散相比，晶粒内的扩散可以忽略不计，因此形成如图 C 类分布。 所以多晶扩散要比单晶扩散快得多，其扩散速度一般要大两个数量级。6.分别写出恒定表面源扩散和有限表面源扩散的边界条件、初始条件、扩散杂质的分布函数，简 述这两种扩散的特点。 恒定表面源扩散（预淀积扩散，predeposition）在表面浓度 Cs 一定的情况下，扩散时间越长，杂质扩散的就越深，扩到硅内的杂质数量也 就越多。 如果扩散时间为 t，那么通过单位表面积扩散到 Si 片内部的杂质数量 Q(t)为：恒定源扩散， 其表面杂质浓度 Cs 基本上由该杂质在扩散温度(900-1200℃)下的固溶度所决定， 在 900-1200℃范围内， 固溶度随温度变化不大， 很难通过改变温度来达到控制表面浓度 Cs 的目 的，这是该扩散方法的不足之处。有限表面源扩散（推进扩散，drive-in）杂质分布形式 与恒定表面源扩散不同，有限表面源扩散的表面浓度 Cs 随时间而降低： 散温度相同时， 扩散时间 越长，杂质扩散的越深， 表面浓度越低。 扩散时间相同时， 扩散温 度越高，杂质扩散的越 深，表面浓度下降越多。7.什么是两步扩散工艺，其两步扩散的目的分别是什么？ 实际的扩散温度一般为 900-1200℃，在这个温度范围内，杂质在硅中的固溶度随温度变化不 大，采用恒定表面源扩散很难通过改变温度来控制表面浓度，而且很难得到低表面浓度的杂质 分布形式。 两步扩散：采用两种扩散结合的方式。 第一步称为预扩散或者预淀积：在较低温度下，采用恒定表面源扩散方式。在硅片表面扩散 一层数量一定， 按余误差函数形式分布的杂质。由于温度较低， 且时间较短， 杂质扩散的很浅， 可认为杂质是均匀分布在一薄层内，目的是为了控制扩散杂质的数量。 第二步称为主扩散或者再分布： 将由预扩散引入的杂质作为扩散源， 在较高温度下进行扩散。 主扩散的目的是为了控制表面浓度和扩散深度。 两步扩散后的杂质最终分布形式： D 预 t 预&&D 主 t 主，主扩散起决定作用，杂质基本按高斯函 数分布。假设进行一次受固溶度限制的预淀积扩散，从掺杂玻璃源引入的杂质总剂量为 Q cm-2。 （1）如果这次预淀积进行了总共 t 分钟，若预淀积温度不变，引入 3Q cm-2 的杂质需要多长时 间？ （2）预淀积后再进行推进扩散，要求推进的杂质足够深，使得最后表面杂质浓度等于其固溶度 Cs 的 1%。若已知预淀积过程中的(Dt)predop，推导出推进扩散过程中(Dt)drive-in 的表达式。 8.9.简述几种常用的氧化方法及其特点。 制备 SiO2 的方法有很多，热分解淀积、溅射、真空蒸发、阳极氧化法、化学气相淀积、热氧 化法等。热生长法制备的 SiO2 质量好，是集成电路的重要工艺之一。 热氧化法：Si 与氧或水汽等氧化剂在高温下发生化学反应生成 SiO2。 热氧化法制备 SiO2 的特点： 具有很高的重复性和化学稳定性，其物理性质和化学性质不太受湿度和中等温度热处理的影 响； 降低 Si 表面的悬挂键，使表面态密度减小； 很好地控制界面陷阱和固定电荷。 (1).干氧氧化在高温下，氧气与硅反应生成 SiO2。 氧化温度为 900-1200℃，为了防止外部气体的玷污，炉内气体压力应比一个大气压稍高些， 可通过气体流速来控制。 优点：结构致密、干燥、均匀性和重复性好，掩蔽能力强，与光刻胶黏附好，目前制备高质 量的 SiO2 薄膜基本上都是采用这种方法。 缺点：干氧氧化法的生长速率慢，所以经常同湿氧氧化方法相结合生长 SiO2。? (2).水汽氧化在高温下，硅与高纯水产生的蒸气反应生成 SiO2。 产生的 H2 分子沿 Si-SiO2 界面或者以扩散方式通过 SiO2 层D逃离‖ 。因为水比氧气在 SiO2 中有更高的扩散系数和大得多的溶解度，所以水汽氧化的生长速率一般比较高。? (3). 湿氧氧化湿氧氧化的氧化剂是通过高纯水的氧气，高纯水一般被加热到 95℃左右。通过 高纯水的氧气携带一定水蒸气，所以湿氧氧化的氧化剂既含有氧，又含有水汽。因此，SiO2 的 生长速率介于干氧和水汽氧化之间，与氧气流量、水汽的含量有着密切关系。 如果水汽含量很少， SiO2 的生长速率和质量就越接近于干氧氧化的情况，反之，就越接近水汽氧化情况。 水汽含量与水温和氧气流量有关。氧气流量越大，水温越高，则水汽含量就越大。 氢气和氧气，H2+O2→H2O 采用高温合成技术进行水汽氧化，在这种氧化系统中，氧化剂是由纯氢和纯氧直接反应生成 的水汽。 (4).快速热氧化工艺(RTO) 制备深亚微米器件的栅极氧化层，非常薄&30? 在实际生产中， 根据要求选择干氧氧化、 水汽氧化或湿氧氧化。 对于制备较厚的 SiO2 层来说， 往往采用的是干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式。 这种氧化方式既保证 SiO2 表面和 Si-SiO2 界面 质量，又解决了生长效率的问题。10. 说明 SiO2 的结构和性质，并简述结晶型 SiO2 和无定形 SiO2 的区别。 结晶形 SiO2――由 Si-O 四面体在空间规则排列构成每个顶角的 O 原子与两个相邻四面体中 心的 Si 原子形成共价键。 无定形 SiO2――Si-O 四面体的空间排列没有规律 Si-O-Si 键桥的角度不固定，在 110-180° 之 间，峰值 144° 。 无定形 SiO2 的性质： ? Si-O 四面体在空间的排列无规则，大部分 O 与相邻的两个 Si-O 四面体的 Si 形成共价键 （称为桥键氧） ，也有一部分只与一个 Si-O 四面体的 Si 形成共价键（称为非桥键氧） ； ? 无定形网络疏松、不均匀、有孔洞，SiO2 分子约占无定形网络空间体积 43%，密度 2.15-2.25g/cm3，结晶形 SiO2 密度为 2.65g/cm3； ? 在无定形 SiO2 网络中，氧的运动(1-2 个 Si-O 键)比 Si(4 个 Si-O 键)容易； ? 室温下 Si-O 键以共价键为主， 也含有离子键成份， 随温度的升高， 离子键成份比例增大。 ? 密度：一般为 2.20g/cm3（无定形，一般用称量法测量） ； ? 折射率：是波长的函数，5500? 左右时为 1.46，密度较大则折射率较大； ? 电阻率：高温干氧氧化法制备的 SiO2 电阻率高达 1016Ω?cm； ? 介电强度：单位厚度的 SiO2 所能承受的最小击穿电压，与致密程度、均匀性、杂质含量 等因素有关，一般为 106-107V/cm ； ? 化学性质：非常稳定，室温下只与氢氟酸发生反应：11. 以 P2O5 为例说明 SiO2 的掩蔽过程。 以 P2O5 杂质源为例来说明 SiO2 的掩蔽过 程： 当 P2O5 与 SiO2 接触时， SiO2 就转变为 含磷的玻璃体。 (a) 扩散刚开始，只有靠近表面的 SiO2 转变为含磷的玻璃体。 (b) 大部分 SiO2 层已转变为含磷的玻璃 体。 (c) 整个 SiO2 层都转变为含磷的玻璃体。 (d) 在 SiO 层完全转变为玻璃体后， 又经 过一定时间，SiO2 层保护的硅中磷已经 扩进一定深度。12. 简述杂质在 SiO2 的存在形式及如何调节 SiO2 的物理性质。 热氧化层中可能存在各种杂质，某些最常见的杂质是与水有关的化合物，其结构如图所示。 如果氧化层在生长中有水存在，一种可能发生的反应是一个氧桥还原为两个氢氧基。 Si:O:Si → Si:O:H + H:O:Si 网络构成者 ――一些杂质会被有意掺入热淀积 SiO2 中， 用来改善它的物理性质和电学特性， 例如硼、磷，称为网络构成者，它们可以调节有氧桥和无氧桥的比例，使得 SiO2 的强度上升或 者下降。 当 B 替代 Si 之后， 顶角上的四个 O 只有三个 O 可以同 B 形成共价键， 剩余的一个 O 因无法 与中心的 B 形成共价键，而变成了非桥键 O ，因此 SiO2 网络中非桥键 O 增加，强度下降。 当 P 替代 Si 之后，与原有的四个 O 形成共价键，还多余一个价电子，这个多余的价电子还 可以与近邻的一个非桥键 O 形成桥键 O ，因此 SiO2 网络强度增加。 网络改变者――存在于 SiO2 网络间隙的杂质为网络改变者。一般以离子形式存在，离子半 径较大，替代硅的可能性很小。例如 Na、K、Pb、Ba 等都是网络改变者。 网络改变者往往以氧化物形式进入 SiO2 中。进入网络之后便离化，并把氧离子交给 SiO2 网 ― + 络。? ? ? Na 2O+ ΞSi-O-SiΞ →Si CO + O SiΞ+ 2 Na 网络中氧的增加，使非桥键氧的浓度增大，SiO2 网络的强度减弱。13. 简述常规热氧化办法制备 SiO2 介质薄膜的动力学过程，并说明在什么情况下氧化过程由反应 控制或扩散控制。 迪尔-格罗夫氧化模型可以很好地预测氧化层厚度，热氧化过程主要分为以下三个过程 : (1)氧化剂从气体内部以扩散形式穿过滞留层运动到气体-SiO2 界面，其流密度用 J1 表示。 (2)氧化剂以扩散方式穿过 SiO2 层，到达 SiO2-Si 界面，其流密度用 J2 表示。(3)氧化剂在 Si 表面与 Si 反应生成 SiO2，流密度用 J3 表示。当氧化剂在 SiO2 中的扩散系数 DSiO2 很小时(D&&kstox)，则得 Ci→0，C0→HPg，氧化剂以 扩散方式通过 SiO2 层运动到 SiO2-Si 界面处的数量极少，与 Si 立即发生反应生成 SiO2，在界面 处没有氧化剂的堆积，浓度趋于零。因扩散速度太慢，而大量氧化剂堆积在 SiO2 的表面处，浓 度趋向于同气相平衡时的浓度 C。此时，SiO2 的生长速率主要由氧化剂在 SiO2 中的扩散速度决 定，称为扩散控制。 如果扩散系数 DSiO2 很大，Ci=C0 =HPg/(1+ks/h)。此时，进入 SiO2 中的氧化剂快速扩散到 SiO2-Si 界面处，在界面处氧化剂与 Si 反应生成 SiO2 的速率很慢，造成氧化剂在界面处堆积， 趋向于 SiO2 表面处的浓度。此时，SiO2 生长速率由 Si 表面的化学反应速率控制，称为反应控 制。14. 说明影响氧化速率的因素。 1）氧化剂分压因为平衡情况下，SiO2 中氧化剂的浓度 C0=HPg，而抛物型速率常数 B=2DSiO2C0/N1，所以气体中的氧化剂分压 Pg 是通过氧化剂的浓度对速率常数 B 产生影响， B 与 Pg 成正比关系。A 与氧化剂分压无关。 因为 B、B/A 均与 Pg 成正比，那么在一定氧化条件下，通过改变氧化剂分压可达到改变二氧 化硅生长速率的目的。 2）氧化温度对抛物线性速率系数 B 的影响是通过氧化剂在 SiO2 中扩散系数 DSiO2 产生的。 由 B＝2DSiO2C0／N1 可知，B 与温度之间也是指数关系。 对线性速率系数 B/A 的影响线性速率常数 B/A 与温度的关系如图， 对于干氧氧化和水汽氧化 都是指数关系，激活能分别为 2.00eV 和 1.96eV，其值接近 Si-Si 键断裂所需要的 1.83eV 的能量 值，说明支配线性速率常数 B/A 的主要因素是化学反应常数 ks，ks 与温度的关系为： ks=ks0exp(-Ea/kT) 其中，ks0 为实验常数，Ea 为化学激活能。 3）晶向抛物型氧化速率常数 B，与硅衬底晶向无关，这是因为在氧化剂压力一定的条件下， B 的大小只与氧化剂在 SiO2 中的扩散能力有关. 线性氧化速率常数 B/A 则强烈地依赖于晶面的取向，因为在氧化剂分压不是很低时气相质量 输运系数 h&&ks，在这种情况下线性氧化速率常数的大小主要由化学反应常数 ks 决定，即由硅 表面处的原子经化学反应转变为 SiO2 的速率决定。表面化学反应速率是与硅表面的原子密度， 也就是与表面的价键密度有关。(111)面上的硅原子密度比(100)面上大。因此，(111)面上的线性 氧化速率常数应比(100)面上大。 4）杂质影响掺磷/硼 掺氯在干分子氧中加入少量（1%~3%）卤素能够显著改善 SiO2 特性: ①加速反应 Si-O 键能为 4.25eV， Si-Cl 键能为 0.5eV。 氯气与 Si 反应生成的 SiCl4 可以与氧气反应生成 SiO2， 这里氯气起到了催化剂的作用。②Cl-能够中和积累在表面的电荷。③氯气能够与大多数重金属 原子反应生成挥发性的金属氯化物，起到清洁作用。15. 简述在热氧化过程中杂质再分布的四种可能情况。 如果假设硅中的杂质分布是均匀的，而且氧化气氛中又不含有任何杂质，则再分布有四种可 能。 ①分凝系数 m＜l，且在 SiO2 中是慢扩散的杂质，也就是说在分凝过程中杂质通过 SiO2 表面 损失的很少，硼就是属于这类。再分布之后靠近界面处的 SiO2 中的杂质浓度比硅中高，硅表面 附近的浓度下降。 ②m＜1，且在 SiO2 中是快扩散的杂质。因为大量的杂质通过 SiO2 表面跑到气体中去，杂质 损失非常厉害，使 SiO2 中的杂质浓度比较低，但又要保证界面两边的杂质浓度比小于 1，使硅 表面的杂质浓度几乎降到零，在 H2 气氛中的硼就属于这种情况。 ③m＞1，且在 SiO2 中慢扩散的杂质。再分布之后硅表面附近的杂质浓度升高，磷就属于这 种杂质。 ④m＞l，且在 SiO2 中快扩散的杂质。在这种情况下，虽然分凝系数大于 1，但因大量杂质通 过 SiO2 表面进入气体中而损失，硅中杂质只能不断地进入 SiO2 中，才能保持界面两边杂质浓度比等于分凝系数， 最终使硅表面附近的杂质浓度比体内还要低， 镓就是属于这种类型的杂质。 对于 m＝1，而且也没有杂质从 SiO2 表面逸散的情况，热氧化过程也同样使硅表面杂质浓度 降低。这是因为一个体积的硅经过热氧化之后转变为两个多体积的 SiO2，由此，要使界面两边 具有相等的杂质浓度(m＝1)，那么杂质必定要从高浓度硅中向低浓度 SiO2 中扩散，即硅中要消 耗一定数量的杂质，以补偿增加的 SiO2 体积所需要的杂质。16. 一片硅片由 0.3um 厚的 SiO2 薄膜覆盖。所需数据见下表，玻尔兹曼常数 k=1.38× 10-23。 （1）在 1200℃下，采用 H2O 氧化，使厚度增加 0.5um 需要多少时间？。 （2）在 1200℃下，采用干氧氧化，增加同样的厚度需要多少时间？ B B/A 氧化工艺 2 2 -1 6 C1=7.72*10 μ E1=1.23eV C2=6.23*10 μm2 h-1; E2= 2.0eV 干氧 C1=2.14*102μm2 h-1; E1=0.71 eV C2=8.95*107μm2 h-1; E2=2.05eV 湿氧 H2 O C1=3.86*102μm2 h-1; E1=0.78 eV C2=1.63*108μm2 h-1; E2=2.05 eV10.Si-SiO2 界面电荷有哪几种？简述其来源及处理办法。可动离子电荷 Qm?来源：主要来源于 Na+等网络改变者。 解决办法：为了降低 Na+的玷污，可以在工艺过程中采取预防措施包括 ①使用含氯的氧化工艺； ②用氯周期性地清洗管道、炉管和相关的容器； ③使用超纯净的化学物质； ④保证气体及气体传输过程的清洁。另外保证栅材料不受玷污也是很重要的。 氧化层陷阱电荷 Qot 来源：在氧化层中有些缺陷能产生陷阱，这些缺陷有：①悬挂键； ②界面陷阱；⑤硅-硅键的伸展；④断键的氧原子(氧的悬挂键)；⑤弱的硅-硅键(它们很容易破 裂，面表现电学特性)。⑥扭曲的硅-氧键；⑦Si-H 和 Si-OH 键。产生陷阱电荷的方式主要有电 离辐射和热电子注入等解决办法：减少电离辐射陷阱电荷的主要方法有三种： ①选择适当的氧化工艺条件以改善 SiO2 结构。为抗辐照，氧化最佳工艺条件，常用 1000℃ 干氧氧化。 ②在惰性气体中进行低温退火(150-400℃)可以减少电离辐射陷阱。 ③采用对辐照不灵敏的钝化层，例如 A12O3，Si3N4 等。 氧化层固定电荷 Qf ? 来源：通常是由 Si-SiO2 之间过渡区的结构改变引起的。该区中存 在有过剩的硅离子，在氧化过程中与晶格脱开但还未完全与氧反应。 处理办法： 快速退火能有效地减小氧化层固定电荷密度。 右图为 Deal 三角， 说明了这种效应。 界面陷阱电荷 Qit ?来源：界面处存在的不完整化合价及不饱和键，使得电子和空穴可 以很容易地被俘获。 处理办法：界面态密度与衬底晶向、氧化层生长条件和退火条件密切有关。在相同的工艺条 件下、(111)晶向的硅衬底产生的界面态密度最高，(100)晶向的最低。通过采用特殊的退火工艺 可以有效减少界面态密度。11．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。 1.离子源 2.分析磁块 3.加速器 4.中性束闸 5.x&y 扫描板 6.法拉第杯1.离子源 作用：产生注入用的离子 原理：高能电子轰击（电子放电）杂质原子形成注入离子 类型：高频，电子振荡，溅射 气体流入一个放电腔室，热灯丝发射的电子与气体分子碰撞，当能量足够大时，气体分子被 离化。 2.质量分析器 作用：将所需离子分选出来 原理：带电离子在磁场中受洛伦磁力作用，运动轨迹发生弯曲 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，在 BF3 的例子中，我们需要仅 仅拣选出 B+，这样的过程通常由一个分析磁铁完成。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，最后在特定位置采用一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。3.加速器 作用：使离子获得所需的能量。 原理：利用强电场，使离子获得更大的速度 加速器的主要作用是使离子增加离子能量能够达到器件所需要的结深。用一组静电透镜将束 聚焦为一个圆斑或长条状，然后束进入一个线性静电加速器，加速器沿加速管的长度方向建立 一个电场来改变离子的能量。 4.中性束闸和中性束阱 作用：使中性原子束因直线前进不能达到靶室 原理：用一静电偏转板使离子束偏转 5? --8?作用再进入靶室 5.扫描系统 作用：使离子在整个靶片上均匀注入。 方式：①靶片静止，离子束在 X,Y 方向作电扫描。 ②粒子束在 Y 方向作电扫描，靶片在 X 方向作机械运动。 ③粒子束静止，靶片在 X,Y 方向作机械运动。 6.法拉第杯 作用：收集束流测量注入剂量 原理：收集到的束流对时间进行积分得到束流的大小信息12. 离子在靶内运动时，损失能量可分核阻滞和电子阻滞，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有何关系？ ① 碰撞注入离子与靶内原子核之间的相互碰撞。因注入离子与靶原子的质量一般为同一数 量级，每次碰撞之后，注入离子都可能发生大角度的散射，并失去一定的能量。 ② 子碰撞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。由于两者的质量相差非常大(104)，每次碰撞中，注入离子的能量损失很小，而且散射 角度也非常小，也就是说每次碰撞都不会改变注入离子的动量，虽然经过多次散射，注入离子 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。13. 采用无定形掩膜的情况下进行注入， 若掩蔽膜/衬底界面的杂质浓度减少至峰值浓度的 1/10000， 掩蔽膜的厚度应为多少？用注入杂质分布的射程和标准偏差写出表达式。 无定形靶内的纵向浓度分布可用高斯函数表示：其中，Rp 为投影射程，ΔRp 为投影射程的标准偏差，φ 为剂量。以上为浓度与深度的函数 变化关系。由于离子注入过程的统计特性，离子也有穿透掩蔽膜边缘的横向散射，因此分布应 考虑为二维的，既有横向也有纵向的标准偏差。 射程估算： 如果注入离子能量比 Ec 大很多，则离子在靶内主要以电子阻止形式损失能量，可按下式估 算射程：R≈ / 如果注入离子的能量 E&&E c，离子在靶内主要以核阻止形式损失能量，则得射程 R 的表达 式为：R≈
14. As 注入到轻掺杂的 P 型 Si 衬底内， 能量 75eV， 剂量为 1× 1014cm-2。 硅片相对于离子束做 7° 倾斜，使其貌似非晶。假设对注入区进行快速退火，结果得到了完全的电激活，其峰值电子浓 度为多少？所需参数可参考下图。15. 什么是离子注入的横向效应？同等能量注入时，As 和 B 哪种横向效应更大?为什么？ 横向效应：注入的离子在垂直于入射方向平面内的分布情况。 横向效应与注入离子的种类和离子能量有关。B 的横向效应更大，因为质量小的离子速度更 高，与靶材原子作用时间短。16. 什么是离子分布的偏斜度和峭度，和标准高斯分布有什么区别？
非对称性常用偏斜度 γ(skewness)表示：γ=
，γ 为负值表明杂质分布在表面一侧的浓度
增加，即 x＜Rp 区域浓度增加。畸变用峭度 β(kurtosis)表示：β=
，峭度越大，高斯曲线的顶部越平，标准高斯曲线的峭度为 3。 LSS 的理论是呈标准的高斯分布，不同的杂质会不同程度地偏离对称的高斯分布。如图中 所示。17. 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。 ? 离子注入后会对晶格造成简单晶格损伤和非晶层形成； ? 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； 故，虽然热退火温度低于热扩散温度，但杂质的扩散也是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现 象。18. 什么是离子注入中常发生的沟道效应（Channeling）和临界角？怎样避免沟道效应？ 沟道效应：对晶体靶进行离子注入，当离子速度方向平行于主晶轴时，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，对于轻原子注入到重原子靶时，拖 尾效应尤其明显。 解决办法： A. 偏离轴注入，采用 7° 的倾斜角，但并不能完全消除沟道效应。 B. 注入前破坏晶格结构，使用 Si、F 或 Ar 离子注入完成硅的预非晶化。 C. 使用薄的屏蔽氧化层，使离子进入晶体前的速度方向无序化，但会将部分氧注入晶体。 （1）偏轴注入：一般选取 5?～7?倾角，入射能量越小，所需倾角越大 （2）衬底非晶化预处理：进行一次高剂量 Ar+注入，使硅表面非晶化 （3）非晶层散射：表面生长 200～250? 二氧化硅(Screen Oxide) ，使入射离子进入硅晶体前方 向无序化 （4）注入杂质的自非晶化效应：重杂质(As)，高剂量注入。19. 什么是固相外延（SPE）及固相外延中存在的问题? 固相外延是指半导体单晶上的非晶层在低于该材料的熔点或共晶点温度下外延再结晶的过 程。 固相外延存在问题――射程末端缺陷 EOR 高剂量注入促使硅非晶化，而稳定的位错环是高剂量注入的一个突出特点，非晶区以固相外 延方式生长后，位错环的最大浓度在非晶和晶体硅的界面。这些位于最初的非晶/单晶（a/c）界 面的缺陷称为射程末端(EOR,End-of-Range)缺陷。形成射程末端缺陷的原因在于 a/c 界面的一 侧有大量的非晶化阈值损伤。 若位错环位于 PN 结耗尽区附近，会产生大的漏电流。位错环与金属杂质结合时更严重。? 选择的退火过程应当能够产生足够的杂质扩散，使位错环处于高掺杂区，同时又被阻挡在器 件工作时的耗尽区之外。20. 简述硼和磷的退火特性。PSi硼退火特性电激活比例:自由载流子数 p 和注入剂量 Ns 的比 对于低剂量的情况，随退火温度上升，电激活比例增大。 对于高剂量情况，可以把退火温度分为三个区域： 在区域 I 中，随退火温度上升，点缺陷的移动能力增强，因此间隙硼和硅原子与空位的复 合几率增加，使点缺陷消失，替位硼的浓度上升，电激活比例增加，自由载流子浓度增大。 当退火温度在 500-600℃的范围内，点缺陷通过重新组合或结团，降低其能量。因为硼原子 非常小，和缺陷团有很强的作用，很容易迁移或被结合到缺陷团中，处于非激活位置，因而 出现随温度的升高而替位硼的浓度下降的现象，也就是自由载流子浓度随温度上升而下降的 现象（逆退火特性） 。 在区域Ⅲ中，硼的替位浓度以接近于 5eV 的激活能随温度上升而增加，这个激活能与升温 时 Si 自身空位的产生和移动的能量一致。产生的空位向间隙硼处运动，因而间隙硼就可以进 入空位而处于替位位置，硼的电激活比例也随温度上升而增加。 实际退火条件，要根据注入时靶温、注入剂量及对材料性能的要求来选择。注入剂量低， 不发生逆退火现象，退火温度不需要太高。1012/cm2，800 度，几分钟。室温注入与靶温较高时注入时，产生非晶区的临界剂量不同，退火要求也不同。 磷退火特性 图中虚线所表示的是损伤区还没有变为非晶层时的退火性质，实线则表示非晶层的退火性 质。 对于 1X1015/cm2 和 5X1015/cm2 时所形成的非晶层， 退火温度在 600℃左右， 低于剂量为 1014 左右没有形成非晶层时的退火温度，这是因为两种情况的退火机理不同。 非晶层的退火效应是与固相外延再生长过程相联系的，在再生长过程中，V 族原子实际上 与硅原子是难以区分，被注入的 V 族原子 P 在再结晶过程中与硅原子一样，同时被结合到晶 格位置上。21. 简述 RTP 设备的工作原理，相对于传统高温炉管它有什么优势？ RTP 工艺是一类单片热处理工艺，其目的是通过缩短热处理时间和温度或只缩短热处理时间 来获得最小的工艺热预算（Thermal Budget） 。 RTP 工艺的发展，是为了适应等比例缩小器件结构对杂质再分布的严格要求；最早的 RTP 工艺主要用于注入后的退火。 目前，RTP 工艺的应用范围已扩展到氧化、化学气相淀积和外延生长等领域。杂质的再分布 问题 随着器件等比例缩小到深亚微米阶段，源、漏区的 PN 结结深要求做得非常浅。 离子注入后的杂质， 必须通过足够高温度下的热处理， 才能具有电活性， 同时消除注入损伤。 传统的高温炉管工艺，由于升、降温缓慢和热处理时间长，从而造成热处理过程中杂质的再 分布问题严重，难以控制 PN 结结深。 最早的 RTP 工艺，就是为了离子注入后退火而开发的。 RTP 设备与传统高温炉管的区别 ? 加热元件：RTP 采用加热灯管，传统炉管采用电阻丝硅片 ? 温度控制： 传统炉管利用热对流及热传导原理， 使硅片与整个炉管周围环境达到热平衡， 温度控制精确；而 RTP 设备通过热辐射选择性加热硅片，较难控制硅片的实际温度及其 均匀性。 ? 升降温速度：RTP 设备的升、降温速度为 10-200 ℃/秒，而传统炉管的升、降温速度为 5-50 ℃/分钟。 ? 传统炉管是热壁工艺，容易淀积杂质；RTP 设备则是冷壁工艺，减少了硅片沾污。 ? 生产方式：RTP 设备为单片工艺，而传统炉管为批处理工艺。 ? 传统炉管的致命缺点是热预算大，无法适应深亚微米工艺的需要；而 RTP 设备能大幅降 低热预算。22. 简述 RTP 在集成电路制造中的常见应用。 1) 杂质的快速热激活 RTP 工艺最具吸引力的的热点之一是晶圆片不用达到热平衡状态， 意味着电活性的有效掺 杂实际上可以超过固溶度限制。 例如，对砷进行数毫秒的退火，它的激活浓度可达到 3× 1021 左右，大约是其固溶度的 10 倍。因为，在短时间的退火过程中，砷原子没有足够的时间来形成聚团并凝聚成无活性的缺 陷。 2) 介质的快速热加工 快速热氧化(RTO)可以在合适的高温下通过精确控制的气氛来实现短时间生长薄氧层。 （干 氧方法） RTO 生长的氧化层具有很好的击穿特性，电性能上坚固耐用。 由于不均匀温度分布产生的晶圆片内的热塑应力影响了 RTO 的均匀性。 若适当冷却反应腔壁，可以用作冷壁工艺，防止腔壁污染后续工艺。 3) 硅化物和接触的形成 快速热处理也经常被用于形成金属硅化物接触，其可以仔细控制硅化反应的温度和环境气 氛，以尽量减少杂污染，并促使硅化物的化学配比和物相达到最理想的状态。 形成阻挡层金属也是 RTP 在 Si 技术中的一个应用，这些导电的阻挡层金属可以阻止硅衬 底和用于器件互联的 Al 基合金之间的互扩散。 另外 RTP 还可以在 GaAs 工艺中用于接触的形成，淀积一层金锗混合物并进行热退火， 可以在 N 型 GaAs 材料上形成低阻的欧姆接触。23. 对 RTP 来说，很难在高温下处理大直径晶圆片而不在晶圆片边缘造成热塑应力引起的滑移。 分析滑移产生的原因。如果温度上升速度加快后，滑移现象变得更为严重，这说明晶圆片表面 上的辐射分布是怎样的？ 硅片热不均匀的因素 三个因素造成硅片的热不均匀问题（硅片边缘温度比中心低） ： ?圆片边缘接收的热辐射比圆片中心少 ?圆片边缘的热损失比圆片中心大 ?气流对圆片边缘的冷却效果比圆片中心好 边缘效应造成的温度梯度通常在几十甚至上百度，不仅导致热处理工艺的不均匀，且可能造 成滑移等缺陷和硅片的翘曲。24. 物理气相淀积最基本的两种方法是什么？简述这两种方法制备薄膜的过程。 物理气相淀积:蒸发 Evaporation、溅射 Sputtering 热蒸发法：在真空条件下，加热蒸发源，使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸气流并入 射到衬底表面，凝结形成固态薄膜。 溅射概念与机理：基本原理，真空腔中有一个平行板等离子体反应器，非常类似于简单的反 应离子刻蚀系统。将靶材放置在具有最大离子电流的电极上，高能离子将所要淀积的材料从靶材中轰击出来。 靶与晶圆片相距十分近（小于 10cm） ，出射原子大部分能被晶圆所收集。25. 热蒸发法淀积薄膜的淀积速率与哪些因素有关？淀积速率的测量采用什么办法？简述其工作原 理。 淀积速率与蒸发材料温度腔体形状等因素有关。 淀积速率通常用石英晶体速率指示仪测量。所用器件为一个谐振板，它可以在谐振频率下振 荡，工作时测量其振荡频率。 原理：因为晶体顶部有材料蒸发淀积，所外加的质量将使得频率偏移，由测得的频率移动可 得出淀积速率。 淀积足够厚的材料后，谐振频率会移动几个百分点，振荡器便会失效，不再出现尖锐谐振。 将频率测量系统的输出与机械挡板的控制相连，淀积层厚度可以在很宽的淀积速率范围内得 到很好的控制。 同时可以将淀积厚度的时间速率变化反馈给坩埚的温度控制，以得到恒定的淀积速率。26. 什么是溅射产额，其影响因素有哪些？简述这些因素对溅射产额产生的影响。 平均出射原子数 溅射产额： S= ； 入射离子数 影响因素：离子质量、离子能量、靶原子质量、靶的结晶性 只有当入射离子的能量超过一定能量(溅射阈值)时，才能发生溅射，每种物质的溅射阈值与 被溅射物质的升华热有一定的比例关系。 随着入射离子能量的增加，溅射率先是增加，其后是一个平缓区，当离子能量继续增加时， 溅射率反而下降，此时发生了离子注入现象。 溅射产额与入射离子种类的关系： 溅射产额 S 依赖于入射离子的原子量，原子量越大，则溅射率越高。 溅射产额也与入射离子的原子序数有密切的关系， 呈现出随离子的原子序数周期性变化关系， 凡电子壳层填满的元素作为入射离子，则溅射率最大。 因此，惰性气体的溅射率最高，氩通常被选为工作气体，氩被选为工作气体的另一个原因是 可以避免与靶材料起化学反应。 溅射产额与入射角度的关系： 溅射产额对角度的依赖性于靶材料及入射离子的能量密切相关。 ?金、铂、铜等高溅射产额材料一般与角度几乎无关。 ? Ta和 Mo 等低溅射产额材料，在低离子能量情况下有明显的角度关系，溅射产额在入射角 度为 40° 左右时最大。 ?低能量时，以不完整余弦的形式分布，最小值存在于接近垂直入射处；高能量溅射产额近 似为：S ∝
?，θ 为靶的法线与入射离子速度矢量的夹角。27. 当靶不断远离硅片时，用溅射淀积填充窄沟槽的底部的能力是如何改变的？忽略任何气相碰撞 的影响。28. 常用溅射技术有哪几种，简述它们的工作原理和特点。 直流溅射――惰性气体，如氩，送入低压下的溅射腔体，电压加在电极上产生等离子体。加 负直流电压的的是顶电极为需要淀积的源材料，例如铝或铝压板，作为靶材。硅片放置于底电 极上，高能粒子撞击靶材，溅射出靶原子，这些原子以蒸汽形式自由走过等离子体撞击到硅片 表面，凝聚并形成薄膜。 射频溅射――?直流溅射方法的前提之一是靶材应具有较好的导电性。 射频溅射是一种能适用于各种金属和非金属材料的一种溅射淀积方法。 在两个电极之间接上高频电场时，因为高频电场可以经由其他阻抗形式耦合进入淀积室，不 必要求电极一定是导电体。 射频方法可以在靶材上产生自偏压效应．即在射频电场起作用的同时，靶材会自动地处于一 个负电位，这将导致气体离子对其产生自发的轰击和溅射。 在实际应用中，射频溅射的交流辉光放电是在 l3.56MHz 下进行的。 反应溅射――采用以纯金属作为溅射靶材，但在工作气体中通入适量的活性气体，使其在溅 射淀积的同时生成特定的化合物，这种在淀积的同时形成化合物的溅射技术被称为反应溅射方 法。 偏压溅射：溅射刻蚀和偏压溅射淀积 溅射刻蚀：在淀积前的一个短时间内，将衬底和靶的电学连接相颠倒，可以使得衬底发生溅 射而不是靶材，这样可以从晶圆片表面去除自然氧化物和残留的玷污。 对于简单的磁控系统，如果衬底和淀积材料是导体，可以调节加于衬底上的相对于等离子体 的偏压。因为溅射刻蚀的薄膜，在低偏压下可以重新淀积于晶圆片上，因而得到台阶覆盖的净 改善。29. 下图是硅烷反应淀积多晶硅的过程，写出发生反应的方程式，并简述其中 1～5 各步的含义。（1）反应气体从腔体入口向晶圆片附近输运； （2）这些气体反应生成系列次生分子； （3）这些反应物输运到晶圆片表面； （4）表面反应释放出硅； （5）气体副产物解吸附； （6）副产物离开晶圆片表面的输运； （7）副产物离开反应器的输运。30. 对于某种薄膜的 CVD 过程，淀积温度为 900℃，质量传输系数 hG=10cm s-1，表面反应速率 系数 ks=1× 107exp(-1.9eV/kT)cm s-1。 现有以下两种淀积系统可供选择(1)冷壁， 石墨支座型； (2) 热壁，堆放硅片型。应该选用哪种类型的淀积系统并简述理由。 反应室类型 热壁：反应室腔壁与硅片及支撑件同时加热。一般为电阻丝加热，可精确控制反应腔温度和 均匀性。适合对温度控制要求苛刻的化学反应控制淀积系统，腔内各处都发生薄膜生长。 冷壁：仅对硅片和支撑件加热，一般采用辐照加热和射频加热，升降温快速，但温度均匀性 差，适合对温度要求不高的质量输运控制。 冷壁系统能够降低在侧壁上的淀积，减小了反应剂的损耗，也减小壁上颗粒剥离对淀积薄膜 质量的影响。31. CVD 淀积过程中两个主要的限制步骤是什么？它们分别在什么情况下会支配整个淀积速率？ CVD 过程包括两个部分： 一、反应剂在边界层中的输运 二、反应剂在衬底表面的化学反应 存在两种极限情况： ① &&
， 趋于 ，淀积速率受表面化学反应速率控制。 反应剂数量：主气流输运到硅片表面的表面化学反应所需要的 ②
， 趋于 0，淀积速率受质量输运速率控制。 反应剂数量：表面化学反应所需要的主气流输运到硅片表面的 ①低温情况下，表面化学反应速率控制 =
? / 淀积速率随温度的升高而成指数增加。 ②高温情况下，质量输运控制 由于反应速度的加快，输运到表面的反应剂数量低于该温度下表面化学反应所需要的数量， 这时的淀积速率将转为由质量输运控制，基本不再随温度变化而变化。32. 简述 APCVD、LPCVD、PECVD 的特点。 APCVD――一些最早的 CVD 工艺是在大气压下进行的， 由于反应速率快，CVD 系统简单， 适于较厚的介质淀积。 APCVD 缺点：台阶覆盖性差；膜厚均匀性差；效率低。 常压下扩散系数小，hg&&ks，APCVD 一般是由质量输运控制淀积速率 一个主要问题是颗粒的形成。在气体注入器处可能发生异质淀积，在淀积了若干晶圆片后， 颗粒变大剥落并落在晶圆片表面。为避免这一问题可采用多通道的喷头设计。 LPCVD――低压化学气相淀积系统淀积的某些薄膜，在均匀性和台阶覆盖等方面比 APCVD 系统的要好，而且污染也少。另外，在不使用稀释气体的情况下，通过降低压强就可以降低气 相成核。 ?在 LPCVD 系统中，因为低压使得扩散率增加，因此 变大使得 &&
，生长速率受表 面化学反应控制，与气流的均匀性无关，硅片可以竖直紧密排列，容量大。 LPCVD 缺点：淀积速率慢，生长温度高 3. PECVD――等离子体增强化学气相淀积(PECVD)是目前最主要的化学气相淀积系统。 APCVD 和 LPCVD 都是利用热能来激活和维持化学反应，而 PECVD 是通过射频等离子体 来激活和维持化学反应，受激发的分子可以在低温下发生化学反应，所以淀积温度比 APCVD 和 LPCVD 低（200-350℃） ，淀积速率也更高，淀积的薄膜具有良好的附着性、低针孔密度、 良好的阶梯覆盖及电学特性。 反应原理： 等离子体中的电子与反应气体的分子碰撞时， 这些分子将分解成多种成份： 离子、 原子以及活性基团(激发态)， 这些活性基团不断吸附在衬底表面上， 吸附在表面上的活性基团之 间发生化学反应生成薄膜元素，并在衬底表面上形成薄膜。活性基团吸附在表面时，不断的受 到离子和电子轰击，很容易迁移，发生重新排列。这两个特性保证了所淀积薄膜有良好的均匀 性，以及填充小尺寸结构的能力。 由于 PECVD 与非等离子体 CVD 相比，淀积过程有更多的非平衡特点，故也可以更容易地 改变薄膜性质（组成、密度、应力等） ，并且对于特定的应用可修正这些性能。然而，这也会使 薄膜产生不希望有的组分或者性质，如副产品或气体分子结合进薄膜。33. 简述外延薄膜的生长过程，其最显著的特征是什么？ 生长过程： ①传输：反应物从气相经边界层转移到 Si 表面； ②吸附：反应物吸附在 Si 表面； ③化学反应：在 Si 表面进行化学反应，得到 Si 及副产物； ④脱吸：副产物脱离吸附； ⑤逸出：脱吸的副产物从表面转移到气相，逸出反应室； ⑥加接：生成的 Si 原子加接到晶格点阵上，延续衬底晶向 生长特征：横向二维的层层生长。 晶面的构造可用三个密切联系的特征表示：平台、扭转、台阶 ?如果吸附原子 A 保持不动，其他硅原子可以被吸附过来，形成硅串或硅岛。大量的硅串在 合并时，必定会产生严重的缺陷或形成多晶薄膜。 ?如果吸附原子具有比较高的能量，那么这个原子更倾向于沿着表面迁移，如果迁移到一个 台阶边缘的位置，如图 B 位置，由于 Si-Si 键的相互作用，位置 B 比位置 A 更稳定，吸附原子 就有很大的可能性保持在此位置。 ?吸附原子最稳定的位置是所谓的扭转位置，如图中的位置 C。当吸附原子到达一个扭转位 置时，形成了一半的 Si-Si 键，进一步的迁移就不太可能发生了。在继续生长过程中，更多的吸 附原子必定会迁移到扭转位置，从而加入到生长的薄膜中。34. 影响外延薄膜的生长速度的因素有哪些？ 1） 温度 高温区 B 区，生长速率对温度的变化不敏感，生长速率由气相质量输运控制，并且对反 应室的几何形状和气流有很大的依赖性。 低温区 A 区，生长速率对温度的变化非常敏感，生长速率完全由表面化学反应控制。 外延温度选在高温区： 生长速率处于质量输运控制范围，温度的微小波动不会影响生长速率显著变化；淀积在 表面的硅原子具有足够的能量和迁移能力，易找到合适的位置形成单晶；外延温度太高，会 使自掺杂效应和扩散效应加重。 2） 反应剂浓度 外延生长速率由以下两因素较慢放入一个决定：氢还原 析出硅原子的速率；被释放 出来的硅原子在衬底上生成单晶层的速率。
浓度较小，
被氢还原析出硅原子的速度远小于被释放出来的硅原子在衬底上生 成单晶硅速度，化学反应速度控制外延层的生长速率； 增加 浓度，化学反应速率加快，生长速度提高。浓度大到一定程度，化学反应释放 硅原子速度大于硅原子在衬底表面的排列生长速度，此时生长速率受硅原子在衬底表面排列 生长的速度控制。 进一步增大 浓度（Y=0.1）生长速率减小；当 Y=0.27 时，逆向反应发生硅被腐蚀；反向腐蚀越严重，生长速率下降，当Ｙ&0.28 时，只存在腐蚀反应。 3）气流速率 气体流速越大，边界层越薄，相同时间内转移到单位衬底表面上的反应剂数量越多，外 延层生长速率也越快； 当气流大到一定程度时，外延层的生长速率基本不随气体流量增大而加快。因为此时边 界层厚度很薄，输运到衬底表面的反应剂数量可能超过外延温度下的化学表面反应需要的数 量，此时生长速率由化学反应速率决定。 4）衬底晶向 不同晶面的键密度不同，键合能力存在差别，会对生长速率产生一定影响。 共价键密度小，键合能力差，生长速率慢，例如(1 1 1)晶面； 共价键密度大，键合能力强，生长速率快，例如(1 1 0)晶面。35. 下图为硅外延生长速度对 中 摩尔分量的函数曲线，试分析曲线走势，并给出其变化的原 因。
浓度较小， 被氢还原析出硅原子的 速度远小于被释放出来的硅原子在衬底上生成 单晶硅速度， 化学反应速度控制外延层的生长速 率； 增加 浓度，化学反应速率加快，生长速 度提高。浓度大到一定程度，化学反应释放硅原 子速度大于硅原子在衬底表面的排列生长速度， 此时生长速率受硅原子在衬底表面排列生长的 速度控制。 进一步增大 浓度 （Y=0.1） 生长速率减小； 当 Y=0.27 时，逆向反应发生硅被腐蚀； 反向腐蚀越严重，生长速率下降，当Ｙ&0.28 时，只存在腐蚀反应。36. 什么是扩散效应？什么是自掺杂效应？这两个效应使得衬底/外延界面杂质分布有怎样的变 化？ 扩散效应是指衬底中的杂质与外延层中的杂质,在外延生长时互相扩散,引起衬底与外延层界 面附近杂质浓度的缓慢变化。扩散效应对界面杂质分布情况的影响，与温度、衬底和外延层的 掺杂情况、杂质类型及扩散系数、外延层的生长速度和缺陷等因素有关。 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边界层中,改变了边界层中的掺杂成分和 浓度,从而导致了外延层中杂质的实际分布偏离理想情况。扩散效应 自掺杂效应37. 解释为什么导热型规表在超高真空下不能工作。38. 简述几种典型真空泵的工作原理。 几种典型的真空泵结构:①活塞式机械泵;②旋片式机械泵;③增压器――罗茨泵;④油扩散泵;⑤ 涡轮分子泵;⑥低温吸附泵;⑦钛升华泵;⑧溅射离子泵. ①活塞式机械泵：?吸气阶段，气体经过右侧阀进入汽缸。?压缩阶段，两个阀均关闭，气体 被压缩。?排气阶段，气体经过左侧阀被排出到高压力区。 ②旋片式机械泵：?采用旋片代替活塞进行抽气和压缩运动。 ?单级旋片式机械泵的终极真空大约为 20mTorr，两级泵则能达到 1mTorr 以下。 ?此类压缩泵工作时，水蒸气的凝聚可能导致腐蚀。 ?需要泵油，可能会对真空腔室产生污染。 ③增压器――罗茨泵：罗茨泵可被作为常规的旋片式机械泵的预压缩装置使用，用来提高入口 压力，增加排量。 ④油扩散泵：?真空泵油经电炉加热沸腾后，产生一定的油蒸汽沿着蒸汽导流管传输到上部， 经由三级伞形喷口向下喷出，形成一股向出口方向运动的高速蒸汽流。 ?油分子与气体分子碰撞，把动量交给气体分子自己慢下来，而气体分子获得向下运动的动量 后便迅速往下飞去。?在射流的界面内，气体分子不可能长期滞留，因而界面内气体分子浓度较小。由于这个浓度 差，使被抽气体分子得以源源不断地扩散进入蒸汽流而被逐级带至出口，并被前级泵抽走。 ?慢下来的蒸汽流向下运动过程中碰到水冷的泵壁，油分子冷凝，沿着泵壁流回蒸发器继续循 环使用。 ⑤涡轮分子泵：?利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气 的真空泵。 由许多级组成，每个级上都包括以大于 2000r/min 的极高转速的风机叶片和一套被称为定子的 静止的叶片，定子和转子之间的间隙为 1mm 量级。 每一级的压缩比不大，但级数很多，整个泵的压缩比可达 。 涡轮分子泵的优点是启动快，能抗各种射线的照射，耐大气冲击，无气体存储和解吸效应，无 油蒸气污染或污染很少，能获得清洁的超高真空。 ⑥低温吸附泵：?由闭合循环冷冻机组成，冷冻机的冷头一般维持在 20K 左右，封装在泵体里 并连接到真空系统，通过低温凝聚气体分子。 需前级泵，具有最高极限真空度，无回油污染问题，但工作后需再生处理。 ⑦钛升华泵：?加热 Ti 丝，使 Ti 原子蒸发出来。? Ti与反应室内的气体分子反应，凝结在腔 壁上。 ⑧溅射离子泵：?阳极和阴极间加高压，电子在阳极被加速，在磁场作用下旋转。 气体分子与旋转的电子碰撞而电离（潘宁放电） ，气体离子被加速向阴极运动，被阴极材料（如 Ti）吸附，并且把表面的 Ti 溅射出来。 溅射出来的 Ti 原子还可以与气体离子反应，使抽速增大。39. 下图为直流等离子放电的 I-V 曲线，请分别写出 a-g 各段的名称。可用作半导体制造工艺中离子 轰击的是其中哪一段？试解释其工作原理。ab 段为无光放电区； bc 段为汤生放电；c 点为放电的着火点，cd 段为前期辉光放电；de 段为 正常辉光放电区 ef 段为反常辉光放电；fg 段为电弧放电。 正常辉光放电区― de 段，电流的增加与电压无关，只与阴极上产生辉光的表面积有关。在这个 区域内，阴极的有效放电面积随电流增加而增大，而阴极有效放电区内的电流密度保持恒定。 在这一阶段，导电的粒子数目大大增加，在碰撞过程中转移的能量也足够高，因此会产生明显 的辉光，维持辉光放电的电压较低，而且不变。气体击穿之后，电子和正离子来源于电子的碰撞和正离子的轰击使气体电离，即使不存在自然电离源，放电也将继续下去。这种放电方式又称为 自持放电。 40. 射频放电与直流放电相比有何优点？ 直流放电中，电荷在表面的积聚会使电场减小，直到等离子体消失。 在射频电场中， 因为电场周期性地改变方向， 带电粒子不容易到达电极和器壁而离开放电空间， 相对地减少了带电粒子的损失。 在两极之间不断振荡运动的电子可以从高频电场中获得足够的能量使气体分子电离，只要有较 低的电场就可以维持放电。 阴极产生的二次电子发射不再是气体击穿的必要条件。 射频电场可以通过任何一种类型的阻抗耦合进入淀积室， 所以电极可以是导体， 也可是绝缘体。41. 如果刻蚀的各项异性度为零，那么当刻蚀厚度为 0.5μm 的膜时产生的钻蚀量（或刻蚀偏差）为多 少？各项异性度为 0.75 时进行刻蚀，钻蚀量又是多少？假定在每一种情况下不存在过刻。 刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸间距的变化，通常是由于横向钻刻引起的。42. 简述 BOE（或 BHF）刻蚀 SiO2 的原理。 二氧化硅腐蚀 最常见的湿法腐蚀工艺之一是在稀释的 HF 溶剂中进行的 SiO2 湿法腐蚀法。常用腐蚀液配比 是 6:1,10:1,50:1， 意味着 6 份， 10 份或 50 份 （体积） 的水于一份 HF 混合。 发生的总反应如下：
实际反应时，是腐蚀液中的 HF 发生电离产生氢离子和氟离子 HF←→+ +
? 六个 ?与二氧化硅中的一个+ 它与两个+
结合生成负二价的六氟硅酸根络离子 [(SiF6)2-]， 结合，生成六氟硅酸( )。 显然反应速率与 ?和+的浓度有关，因此在腐蚀过程中通常加入氟化铵(NH4F)作为缓冲剂，
能够电离生成 ?，以补充随着反应推进而逐渐减少的 ?数量，并使 HF 电离平衡向左移动， 调节溶液的 PH 值，以减轻腐蚀液对光刻胶的腐蚀作用。 加入 的 HF 溶液称为 BOE(buffered oxide etching)或 BHF(buffered HF)。43. 根据原理分类，干法刻蚀分成几种？各有什么特点？ 干法刻蚀是采用等离子体进行刻蚀的技术, 根据原理分为溅射与离子铣（物理） 、等离子刻蚀 （化学） 、反应离子刻蚀（物理+化学） 。 干法刻蚀与湿法刻蚀相比具有以下优点： ① 刻蚀剖面是各向异性，具有非常好的侧壁控制； ② 良好的 CD 控制 ③ 最小的光刻胶脱落或粘附问题 ④ 良好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性 ⑤ 较低的化学制品使用和处理费用 然而干法刻蚀也存在一些缺点，最主要的是对下层材料的选择比不高、等离子体带来的器件 损伤以及昂贵的设备。44. 在一个特定的刻蚀过程中： （1） 若首先考虑的因素是选择性，应该使用何种刻蚀设备？ 筒型刻蚀设备 （2） 若首先考虑的因素是离子轰击损伤，应该选用何种刻蚀设备？ 高密度等离子体源（HDP） （3） 若首先考虑的因素是获得垂直侧壁结构，应该选用何种刻蚀设备？ （4） 若首先考虑的因素是选择性和获得垂直侧壁结构，应该选用何种刻蚀设备？ （5） 若需要选择性、垂直侧壁结构和损伤，同时还需保持合理的刻蚀速率，应该怎样？45. 采用 作为气体源对 进行刻蚀，在进气中分别加入 或 对刻蚀速率有什么影响？随着 或 进气量的增加，对 Si 和 刻蚀选择性怎样变化？为什么？ 加入少量的氧气能够提高 Si 和 的刻蚀速率。 加入少量的氢气可以导致 Si 和 的刻蚀速率减慢。 原理：氧气与碳原子反应生成 CO 和 ，因此从等离子体中去掉了一些碳，从而增加了氟的 浓度。这些等离子体称为富氟等离子体。 氧添加之后对 Si 的刻蚀速率提升比 的刻蚀要快。 当氧添加含量超过一定值后，二者的刻蚀速率开始下降，是因为气相的氟原子再结合形成氟分 子使得自由氟原子减少的缘故。另一方面二者的选择比也会急剧下降，因为吸附在硅表面的氧原 子和氧分子会使得硅表现得更像二氧化硅。 往等离子体中加入氢，氢会与氟反应，一方面减少了氟离子的浓度，降低了刻蚀速率。另一方 面形成富碳等离子体，过量碳会导致非挥发性的物质累积在侧壁表面，阻滞横向刻蚀的发生。 往 等离子体中加入少量的 将导致硅和二氧化硅的刻蚀速率同时减慢。 在中等的 浓度下，H 和 F 反应生成 HF，HF 刻蚀 但并不刻蚀 Si。同时，各向异性的不挥发性碳氟化合物薄膜的 淀积过程得到增强。另一方面， 表面反应生成的 CO 和 可以从系统中抽去，在 Si 表面确 没有这些反应。因此，随着 H2 的加入，刻蚀 和 Si 的选择比会急剧上升。46. 在干法刻蚀的终点检测方法中，光学放射频谱分析法最常见，简述其工作原理和优缺点。 光学放射频谱分析是利用检测等离子体中某种波长的光线强度变化来达到终点检测的目的。光 强的变化反映了等离子体中原子或分子浓度的变化，根据检测的不同物质会有刻蚀终点光强增加 与减弱两种状态。对于不同的刻蚀薄膜与刻蚀剂，有对应的需要检测的波长。 不影响刻蚀的进行，且可对微小变化作出反应。 光强正比于刻蚀速率，因此对刻蚀速率较慢的反映难以检测。 刻蚀面积过小时，信号强度不足也会导致检测困难，如 SiO2 接触窗的刻蚀。47. 一个简单的光学曝光系统包括哪些部分，分别起什么作用? 光源――紫外光 UV、深紫外光 DUV、极紫外光 EUV； 光源系统包括光源本身以及用于收集、准直、滤波和聚焦的反射/折射光学系统。 曝光辐照的波长是光刻工艺的关键参数。 其他条件相同时， 波长越短， 可曝光的特征尺寸越小。 光学曝光中，通常先把图形做在掩模版上，再将掩模版上的图形转移到硅片上。掩膜版一般衬 底材料为熔融石英，淀积在衬底材料上的一般为铬，也有氧化铁的掩膜版。 掩模版的制造通常经过 CAD 系统辅助的版图设计， 仿真模拟和设计规则检查等步骤后， 由制版 机将设计信息写到光刻版上。 光阑 快门 掩膜版 光刻胶 正胶: PAC 主要由长链聚合物构成，曝光导致长链断链，更容易在显影剂中溶解。 负胶：PAC 的曝光使得聚合物间产生交联，因此曝光过的光刻胶在显影剂中溶解的很慢，而未 曝光的光刻胶溶解得很快。 衬底48. 根据曝光方式的不同，光学光刻机可以分成几类？各有什么优缺点？ 根据曝光方式不同光学光刻机主要分为三种：接触式，接近式，投影式。 接触式：接触式光刻机是最简单的光刻机，曝光时，掩模压在涂有光刻胶的晶圆片上。 主要优点：设备简单，分辨率高，没有衍射效应 主要缺点：掩模版与涂有光刻胶的晶圆片直接接触，每次接触都会在晶圆片和掩模版上产生缺 陷，降低掩模版使用寿命，成品率低，不适合大规模生产。 接触式光刻机一般仅限用于能容忍较高缺陷水平的器件研究或其他方面的应用。 接近式：接近式光刻机是掩模版同光刻胶间隔 10～50μm，所以缺陷大大减少。 主要优点：避免晶圆片与掩模直接接触，缺陷少。 主要缺点：分辨率下降，存在衍射效应。 投影式：现今硅片光学曝光最主要的方法是投影式曝光。一般光学系统将光刻版上的图像缩小 4x 或 5x 倍，聚焦并与硅片上已有的图形对准后曝光，每次曝光一小部分，曝完一个图形后，硅片 移动到下一个曝光位置继续对准曝光。 主要优点：有接触式的分辨率，但不产生缺陷常用投影光刻机系统的类型有扫描光刻机、分步 重复光刻机和扫描分步重复光刻机等。49. 在光刻中，能够在增加分辨率的同时增加聚焦深度吗？为什么？ 不能！ 聚焦深度： 在保持图形聚焦的前提下， 沿着光路方向晶圆片移动的距离是聚焦深度 ―― ↑=
↓，NA 为数值孔径，↑意味着增加分辨率会减小聚焦深度，因此分辨率和聚焦深度之间必须做某些折中。50. 一个投影曝光系统采用 ArF 光源，数值孔径为 0.6，设 k1=0.6, n=0.5,计算其理论分辨率和焦深。 ↑ 分辨率： ↑=
↓ ↑ 焦深： ↑=
↓51. 典型的光刻工艺主要有哪几步？简述各步骤的作用。 涂胶→前烘→对准与曝光→曝光后烘烤→显影→坚膜→显影检查前烘，softbake 目的：蒸发光刻胶中的溶剂 ?溶剂能使涂覆的光刻胶更薄，但吸收热量且影响光刻胶的黏附性 ?过多的烘烤使光刻胶聚合，感光灵敏度变差 ?烘烤不够影响黏附性和曝光。 对准： ?预对准，通过硅片上的 notch 或者 flat 进行激光自动对准 ?通过对准标志，位于切割槽上。另外层间对准，即套刻精度，保证图形与硅片上已经存在的 图形之间的对准。 曝光中最重要的两个参数：?曝光能量（Energy）?焦距（Focus） 如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超 出要求的范围 曝光后烘烤（post-exposure bake） 作用：①?减少驻波效应；②?激发化学增强光刻胶的 PAG 产生的酸与光刻胶上的保护基团发 生反应并移除基团使之能溶解于显影。 显影：①?显影液溶剂溶解掉光刻胶中软化部分；②?从掩膜版转移图形到光刻胶上 三个基本步骤:显影、漂洗、干燥 坚膜,hard bake 作用：①完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂；?②提高光刻胶在离子注入或刻蚀中保护下表面的能 力；?③进一步增强光刻胶与硅片表面之间的黏附性；?④减少驻波效应 图形检测 检测要点?对准问题：重叠和错位，掩膜旋转，圆片旋转，X 方向错位，Y 方向错位? 临界尺寸 ?表面不规则：划痕、针孔、瑕疵和污染物52. 什么是光刻中常见的表面反射和驻波效应？如何解决？ 表面反射――穿过光刻胶的光会从晶圆片表面反射出来，从而改变投入光刻胶的光学能量。当 晶圆片表面有高度差时，表面反射会导致线条的缺失，无法控制图形。 针对表面反射效应的解决办法： ① 改变沉积速率以控制薄膜的反射率 ② 避免薄膜表面高度差，表面平坦化处理(CMP) ③ 光刻胶下涂覆抗反射的聚合物(Anti-reflect coating, ARC) 驻波效应――在微细图形光刻时，一般曝光光源为单色或窄带光源，在由基片、氧化物层和抗 蚀剂等组成的多层膜系情况下，由于膜系各层折射率不同，曝光时在基底表面产生的反射光和入 射光相互干涉而形成驻波。 抗蚀剂在曝光过程中由于其折射率和基底材料折射率不匹配，入射光将在各层膜的界面处发生 多次反射，在光致抗蚀剂中形成驻波。 应用抗反射涂层(ARC)可以完全消除驻波图形。53. 浸没式光刻机相对于传统的光刻机有何不同。 根据瑞利判据： =
，要提高分辨率，可以通过增大数值孔径 NA 来实现。
传统曝光设备在镜头与硅片之间的介质是空气，空气的折射率是 1；浸液式光刻机采用一种高 折射率的介质代替空气，那么 NA 就能够提高。54. 简述电子束光刻的光栅扫描方法和矢量扫描方法有何区别。 在光栅扫描方法中，每一个像素必须被逐次扫描。这样，曝光时间几乎与图形无关，图形就是 通过打开和关闭快门写出来的。 而已经开发出来的另一种矢量扫描方法，是将每个需要曝光区域的数字位置传送给 x，y 数/模 转换器（DAC） ，电子束只指向那些需要曝光的像素。 矢量扫描系统优于光栅法的重要优点在于将电子束偏转时间减到最小，另一方面，图形地址精 度简单的取决于数字的字长，使用高速宽字长 DAC 就能够将每个像素放在一个极细小的格点上。55. 画出侧墙转移工艺和 self-aligned double patterning（SADP）的工艺流程图。56. 从寄生电阻和电容、电迁移两方面说明后道工艺中（Back-End-Of-Line, BEOL）采用铜（Cu）互 连和低介电常数（low-k）材料的必要性。 寄生电阻和寄生电容造成的延迟。 电子在导电过程中会撞击导体中的离子，将动量转移给离子从而推动离子发生缓慢移动。该现 象称为电迁移。 在导电过程中，电迁移不断积累，并最终在导体中产生分散的缺陷。这些缺陷随后集合成大的 空洞，造成断路。 因此，电迁移直接影响电路的可靠性。 采用铜互连可大幅降低金属互连线的电阻从而减少互连造成的延迟。 铜的电迁移比铝材料小很多：铜的晶格扩散的激活能为 2.2eV, 晶界扩散结合能在 0.7 到 1.2eV 之间；而铝分别为 1.4eV 和 0.4-0.8eV. 采用低介电常数材料填充平行导线之间的空间可降低金属互连线之间的电容从而减少延迟。 采用铜/low-k 互连可大幅减小互连 pitch，从而减少互连金属层数。57. 在铜互连中，为什么要用铜扩散阻挡层？阻挡层分成哪几种，分别起什么作用？ 1）铜在 SiO2 中极易扩散，造成对硅器件的沾污：增加 SiO2 的漏电流；增加结漏电流；降低 了击穿电压。 2）铜极容易氧化和被腐蚀； 3）铜与 low-k 间的粘附性很差。 要实现铜互连必须找到一种扩散阻挡层，将铜约束在互连结构中，同时实现防止铜的氧化或腐 蚀、改善与介质的粘附性。 金属扩散阻挡层――铜互连结构应该处处被扩散阻挡层包围，一部分为介质阻挡层，一部分为 导电阻挡层。采用导电阻挡层的原因在于上下互连层之间要联通，不能采用不导电的介质做阻挡 层。58. 分别画出单大马士革和双大马士革工艺流程图。
59. 在 CMOS 工艺集成中，器件隔离有哪些方法，各有什么特点？ CMOS 集成器件隔离――LOCOS 隔离Increasing field’s Tox & field’s doping concentration for better isolation (Vt for isolation increasing and Vt for better isolation (Vt for isolation increasing and Vt for active keeping low) LOCOS isolation has special bird’s peak structures which affect device’s Vth and integration densityCMOS 器件隔离――STI 隔离Depletion layers from adjacent devices must not merge in traditional LOCOS merge in traditional LOCOS Shallow trench isolation in a twin-well process intercepts depletion layers intercepts depletion layers permitting tighter spacing and increasing density greatly Reduces the chance of CMOS latch-up60. 在 CMOS 工艺集成中，器件接触有哪些方法，各有什么特点？(a) Ideal Ohmic Contact (b) Rectifying Contact (similar to Schottkybarrier diode) (c) Practical Nonlinear “Ohmic‖ Contac Aluminum to p-type silicon forms an ohmic contact similar to Fig. (a) [Remember Al is p-type dopant] Aluminum to n-type silicon can form a rectifying contact Aluminum to n-type silicon can form a rectifying contact (Schottky barrier diode) similar to Fig. (b)Aluminum to n+ silicon yields a contact similar to Fig. (c)t61.简述 65nm LP CMOS 集成工艺流程并说明各工艺步骤作用（最好画出截面图） 。62. 简述 CMOS 集成工艺中 self-aligned-silicide (自对准金属硅化物， SALICIDE)与 LDD 的工艺 特点，画出集成步骤简图。 Silicide 及 Salicide 工艺Silicides of noble and refractory metals can be used to reduce sheet resistance of polysilicon and diffused Si interconnections byprovide shunting layer in parallel with original interconnection levels.63. 为什么在最新的 CMOS 工艺集成中采用高 K/金属栅材料 （HKMG） ？目前主流的 HKMG 集成 方案有哪几种，各有什么特点？64. 为什么在最新的 CMOS 工艺集成中采用应变技术（Strain technology）？目前主流的应变技术集 成方案有哪几种，各有什么特点？65. MEMS Si 加工工艺主要分为哪两类，它们最基本的区别是什么？ Si 工艺 体硅微机械加工工艺（Bulk micromaching）――用晶圆自身材料来制作 MEMS 结构 优势：可用于制作大的深宽比、很厚的结构 表面微机械加工工艺（Surface micromachining）――与 IC 工艺兼容 牺牲层制作 阻挡层制作 牺牲层释放工艺66. 在 MEMS 加工中，为了精确控制腐蚀深度，有哪几种腐蚀停止技术，分别说一下其腐蚀停止原 理。 腐蚀停止目的：为了精确控制腐蚀深度. P++ 腐蚀停止技术（形成重掺杂 B 层): ? Si 的湿法腐蚀速率在 B 掺杂浓度&1× 1019cm-3 是稳定的值 ?但当 B 掺杂浓度&5× 1019cm-3 时腐蚀基本停止 ?因此可用形成重掺杂 B 层来精确控制腐蚀深度 (P++) ? [B]&1020cm-3 时 KOH 腐蚀速率可减小 20-100X ?可以使用气态或固体 B 扩散源来制作 + ? ? ? ?腐蚀机理: Si+2OH-→()
+4 4 O+4 →4() +2 ?在重掺杂情况下, 电子与空穴复合，从而第二个反应难以进行，减小腐蚀速率 ?与 IC 工艺不兼容 ?大的残余应力可能会引起硅片翘曲 电化学腐蚀停止技术 电化学钝化： 在硅片上加以足够大的阳极电势时， 会在硅片表面发生氧化从而阻止腐蚀的进行。 钝化电势: 在钝化电势作用下会形成薄层 Si , 钝化电势大小与 p-Si 和 n-Si 相关 基本要求：? 硅片一定要在阳极?要产生钝化效果，一定要有电流 ?反向偏置的 PN 结满足这一要求 其他腐蚀停止技术: 定时腐蚀；介质腐蚀停止(
)67. 应力分为压应力和张应力，下图的形状是由于哪种应力产生的？请在图上标出应力的方向。如果 要让上面的结构材料变得平整，要怎么做？? 张应力（张的时候产生的应力）与压应力（压的时候产生的应力） ? 在张应力作用下，薄膜会相对衬底进行收缩 ?可能由薄膜与衬底的热膨胀系数差异引起 ?悬浮的薄膜如果是通过两个锚点与衬底相连，薄膜会被衬底拉伸而保持平整 ? 在压应力作用下，薄膜相对于衬底膨胀 ?悬浮的薄膜如果通过两个锚点与衬底相连，薄膜会弯曲68. 如图所示为一个 MEMS 微喷嘴的结构图，整个喷嘴采用一块硅片制成。请简单写出其制作的 工艺步骤。
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