集成電路工藝原理作業(yè)[1]

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1、集成電路制造技術(shù)作業(yè)熱氧化1、解釋名詞：自摻雜外擴(kuò)散SOS技術(shù)SOI技術(shù)。答：自摻雜：是指在高溫外延時(shí)，高摻雜襯底中的雜質(zhì)從基片外表面擴(kuò)散進(jìn)入氣相邊界層，又從邊界層擴(kuò)散摻入外延層的現(xiàn)象。外擴(kuò)散：又稱為互擴(kuò)散，是指在高溫外延時(shí)，襯底和外延層中的雜質(zhì)互相由濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)擴(kuò)散的現(xiàn)象。SOS技術(shù)：是SOI技術(shù)的一種，是在藍(lán)寶石或尖晶石襯底上異質(zhì)外延硅獲得外延材料的技術(shù)。SOI技術(shù)：是指在絕緣襯底上異質(zhì)外延硅獲得外延材料的技術(shù)。2、詳述影響硅外延生長速率的因素。答：影響外延生長速率的因素主要有外延溫度、硅源種類、反應(yīng)劑濃度、外延反應(yīng)器結(jié)構(gòu)類型、氣

2、體流速、襯底晶向等。外延溫度的影響：外延過程可分為質(zhì)量傳遞過程和表面反應(yīng)過程。在氣相質(zhì)量傳遞過程中，隨著溫度升高氣相邊界層中的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)加劇、氣體黏度增加、氣體密度降低、氣相邊界層增厚，綜合以上效應(yīng)，氣相質(zhì)量傳遞速率隨溫度緩慢升高有所加快。在表面反應(yīng)過程中，外延劑吸附和氣態(tài)生長物的解吸過程很快，對外延生長速率影響效果不明顯；外延劑化學(xué)反應(yīng)和生成硅原子遷移隨著溫度升高而明顯加快，綜合幾個(gè)過程的綜合效果，硅表面反應(yīng)過程隨溫度升高速率加快非常明顯。因此，外延溫度升高，外延生長速率加快。硅源種類的影響：實(shí)際測得采用不同硅源，生長速率不同。外延生長速率由

3、高到低對應(yīng)的硅源依次為：SiH4>SiH2Cl2>SiHCl3>SiCl4。反應(yīng)劑濃度的影響：一般地，在反應(yīng)劑濃度較低時(shí)，隨著反應(yīng)劑濃度增加，質(zhì)量傳遞至襯底表面的外延劑就會(huì)增加，外延速度就會(huì)加快。但是，隨著濃度進(jìn)一步升高，到達(dá)某一臨界濃度時(shí)，襯底表面生成硅原子速率大于硅原子在襯底表面生成單晶的速度或者反應(yīng)劑分解形成硅粒堆積，就會(huì)生長出多晶硅，此時(shí)外延層的生長速率由硅原子形成單晶的速率控制。當(dāng)采用含氯硅源時(shí)，如果反應(yīng)劑濃度繼續(xù)增加，到達(dá)某一濃度時(shí)，外延生長速率反而開始減小。其他影響因素：外延器的結(jié)構(gòu)類型、氣體流速的因素對氣相質(zhì)量傳遞快慢造成影響。不同

4、的襯底晶向由于共價(jià)鍵密度不同，外延生長速率也有所不同。3、用外延生長的過程解釋高溫區(qū)、低溫區(qū)溫度與生長速度的關(guān)系。答：外延過程可分為質(zhì)量傳遞過程和表面反應(yīng)過程。在氣相質(zhì)量傳遞過程中，隨著溫度升高氣相邊界層中的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)加劇、氣體黏度增加、氣體密度降低、氣相邊界層增厚，綜合以上效應(yīng)，氣相質(zhì)量傳遞速率是溫度的緩變化函數(shù)。在表面反應(yīng)過程中，決定生長速率的是外延劑化學(xué)反應(yīng)速率和生成硅原子遷移速率，此二過程變化速率是溫度的快變函數(shù)，并且硅原子遷移形成單晶必須在高溫下進(jìn)行。因此，在溫度較低時(shí)，相對于氣相質(zhì)量傳遞速率而言，表面反應(yīng)速率較慢，外延生長速率受表面

5、反應(yīng)過程控制，外延生長速率隨溫度變化較快；在溫度較高時(shí)相對于表面外延反應(yīng)速率而言，氣相質(zhì)量傳遞速率較慢，外延生長速率受氣相質(zhì)量傳遞過程控制，外延生長速率隨溫度變化較為緩慢。4、解釋以SiCl4為原料的硅外延為什么隨SiCl4濃度的增加會(huì)出現(xiàn)負(fù)的生長速率？答：用SiCl4反應(yīng)劑，在濃度較低時(shí)，隨著反應(yīng)劑濃度增加，外延生長速度相應(yīng)增加。隨著濃度進(jìn)一步升高，反應(yīng)劑濃度超過臨界濃度A后，襯底表面生成硅原子速率大于硅原子在襯底表面排列生成單晶的速度，就會(huì)生長出多晶硅，此時(shí)外延層的生長速率由硅原子形成單晶的速率控制。如果反應(yīng)劑濃度繼續(xù)增加，到達(dá)某一濃度B后，外

6、延生長速率反而開始減小，特別地，當(dāng)濃度增加到一定值時(shí)，開始出項(xiàng)負(fù)生長速率。這是因?yàn)镾iCl4和H2還原反應(yīng)是可逆的，當(dāng)H2中SiCl4摩爾分?jǐn)?shù)增大至0.28時(shí)，外延生長的速率小于硅的刻蝕速率，外觀上只存在對Si的刻蝕作用，所以外延生長出項(xiàng)負(fù)生長速率。5、解釋為什么使用外延生長難以得到突變結(jié)？答：外延是在高溫下進(jìn)行的，由于自摻雜和互擴(kuò)散效應(yīng)導(dǎo)致的雜質(zhì)再分布，造成在外延和襯底界面處的雜質(zhì)濃度梯度變化較緩，雜質(zhì)濃度無法做到陡變分布，因此難以得到突變結(jié)。熱氧化1、由熱氧化機(jī)理解釋干、濕氧速率相差很大這一現(xiàn)象。答：由二氧化硅基本結(jié)構(gòu)單元可知，位于四面體中心的

7、Si原子與四個(gè)頂角上的氧原子以共價(jià)鍵方式結(jié)合在一起，Si原子運(yùn)動(dòng)要打斷四個(gè)Si-O鍵，而橋聯(lián)O原子的運(yùn)動(dòng)只需打斷二個(gè)Si-O鍵，非橋聯(lián)氧原子只需打斷一個(gè)Si-O鍵。因此，在SiO2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，O原子比Si原子更容易運(yùn)動(dòng)。氧原子離開其四面體位置運(yùn)動(dòng)后，生成氧空位。在熱氧化過程中，氧離子或水分子能夠在已生長的SiO2中擴(kuò)散進(jìn)入SiO2/Si界面，與Si原子反應(yīng)生成新的SiO2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使SiO2膜不斷增厚。與此相反，硅體內(nèi)的Si原子則不容易掙脫Si共價(jià)鍵的束縛，也不容易在已生長的SiO2網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)。所以，在熱氧化的過程中，氧化劑通過氧化層擴(kuò)散至SiO2

8、-Si界面處進(jìn)行反應(yīng)，而不發(fā)生在SiO2層的外表層。在氧化過程中，氧化反應(yīng)的速度很快，而擴(kuò)散速度較慢，因此，在高溫氧化時(shí)，