集成电路工艺原理课后作业

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1、集成电路工艺原理课后作业集成电路工艺原理课后作业第一章1.单晶Si片的制备工艺流程答：a）石英沙.冶金硅（粗硅）：SiO2+C.Si+CO2；b)冶金硅粉末+HCl.三氯硅烷：将冶金硅压碎，制成冶金硅粉，通过与无水HCl反应生成粗三氯硅烷，利用各组分沸点的不同来达到分离杂质的目的，通过气化和浓缩提纯三氯硅烷；c)三氯硅烷+H2.多晶电子纯硅：精馏后的三氯硅烷，被高纯度H2带入“西门子反应器”还原。d)熔融的多晶电子纯硅（EGS）.单晶硅锭：①直拉法②区熔法e)整型处理：去掉两端、径向研磨、定位边；单晶硅锭切片、磨片倒角、刻蚀、

2、抛光；激光刻号，封装。2.两种拉单晶的方法（CZ、FZ）及其特点答：直拉法：在石英坩埚中将多晶硅熔融，上面用单晶硅籽晶直接拉成单晶硅锭。特点：便宜；大的硅片尺寸（直径300mm）；材料可回收利用。区熔法：将材料局部熔化，形成狭窄的熔区，然后令熔区沿着材料缓慢移动，利用分凝现象来分离杂质，生长单晶体。特点：更纯的单晶硅（无坩埚）；更贵，硅片尺寸小（150mm）；主要用于功率器件。3.单晶硅中硅的原子密度答：8/a3＝5×1022/cm34.在硅半导体中形成替位式杂质的条件，可能的掺杂元素主要哪些？答：形成替位式杂质的条件：（1）

3、原子大小：与原晶格上的原子大小接近。（2）原子外部电子壳层和晶体结构具有相似性。可能元素：Ⅲ、Ⅴ族元素B、P、As。第二章1.热氧化法答：Si与氧或水汽等氧化剂在高温下发生化学反应生成SiO2。2.SiO2在集成电路中的应用主要哪些？答：①自然层：无用②屏蔽层：离子注入③遮蔽层：扩散④场区氧化层及介局部氧化物：隔离⑤衬垫层：避免氮化物的强应力在Si中缺陷⑥牺牲层：消除Si表面缺陷。⑦栅氧化层：栅极介质层。⑧阻挡层：浅沟隔离STI。3.热氧化法常用的氧化源有哪些？采用不同氧化源制备SiO2，其各自的特点是什么？答：①氧气（干氧氧

4、化，薄膜均匀致密，生长速率慢）②水汽（水汽氧化，生长速率快，薄膜疏松，特性不好）③氢气与氧气（水汽氧化、湿氧氧化，氢气氧气摩尔比不同时，效果介于前两种之间）④含氯气体（掺入其它氧化剂中，使栅氧中可移动离子最小）4.在集成电路工艺中，制备厚的SiO2层主要采用什么氧化方式，其主要优点是什么？答：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。5.根据迪尔-格罗夫模型，定性分析在洁净的硅表面热氧化生长SiO2的生长过程。答：(1)先是反应控制，主要控制因素是

5、温度。(2)随温度上升，SiO2厚度上升，转为输运控制。(3)输运控制中，气流速率为主要影响因素。6.决定氧化速率常数的两个重要工艺参数答：氧化温度，氧化剂分压。7.如图，分析氧化速率与晶面取向的关系，并指出氧化温度、氧化时间的影响答：①抛物型氧化速率常数B，与硅衬底晶向无关；②线性氧化速率常数B/A则强烈地依赖于晶面的取向；③当氧化温度升高时，晶面取向对线性氧化速率的影响减小；④如果氧化时间很长，也就是说当氧化层很厚时，氧化速率受抛物线型氧化速率常数控制，晶面取向对线性氧化速率的影响不再起作用。第三章1.描述菲克第一定律,给

6、出扩散流密度的一维表达式,并说明杂质在半导体中的扩散系数与什么因素有关?答：菲克第一定律：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.C/.x，比例系数D定义为杂质在基体中的扩散系数。..xtxCDJ....,扩散流密度的一维表达式为：D依赖于扩散温度、杂质的类型以及杂质浓度等2.杂质原子的扩散方式（两大类）答：①间隙式扩散：间隙式杂质从一个间隙位置到另一个间隙位置的运动称为间隙式扩散。②替位式扩散：替位杂质从一个晶格位置扩散到另一个晶格位置。3.简述两

7、步扩散工艺过程及作用答：第一步：预扩散或者预淀积工艺过程：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。作用：控制扩散杂质的数量。第二步：主扩散或者再分布工艺过程：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。作用：控制表面浓度和扩散深度。4.考虑Si中的点缺陷,说明B和P杂质在Si中的扩散机制.答：考虑到点缺陷，B和P是靠空位扩散和间隙扩散两种机制进行扩散运动的。①替位型杂质扩散机制：杂质原子运动到近邻的空位上②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

8、；也可能在运动过程中“踢出”晶格位置上的硅原子进入晶格位置，成为替位杂质，被“踢出”硅原子变为间隙原子。③最终杂质分布服从高斯分布5.什么是氧化增强扩散?说明B和P的氧化增强扩散机理.答：氧化增强扩散：杂质在氧化气氛中的扩散，与中性气氛相比，存在明显的增强。B：硅氧化时，在S