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第一单元:
3.比较硅单晶锭CZ,MCZ和FZ三种生长方法的优缺点。
答：CZ直拉法工艺成熟，可拉出大直径硅棒，是目前采用最多的硅棒生产方法。但直拉法中会使用到坩埚，而坩埚的使用会带来污染。同时在坩埚中，会有自然对流存在，导致生长条纹和氧的引入。直拉法生长多是采用液相掺杂，受杂质分凝、杂质蒸发，以及坩埚污染影响大，因此，直拉法生长的单晶硅掺杂浓度的均匀性较差。
MCZ磁控直拉法，在CZ法单晶炉上加一强磁场，高传导熔体硅的流动因切割磁力线而产生洛仑兹力，这相当于增强了熔体的粘性，熔体对流受阻。能生长无氧、均匀好的大直径单晶硅棒。设备较直拉法设备复杂得多，造价也高得多，强磁场的存在使得生产成本也大幅提高。
FZ悬浮区熔法，多晶与单晶均由夹具夹着，由高频加热器产生一悬浮的溶区，多晶硅连续通过熔区熔融，在熔区与单晶接触的界面处生长单晶。与直拉法相比，去掉了坩埚，没有坩埚的污染，因此能生长出无氧的，纯度更高的单晶硅棒。
6.硅气相外延工艺采用的衬底不是准确的晶向,通常偏离[100]或[111]等晶向一个小角度,为什么?
答：在外延生长过程中，外延气体进入反应器，气体中的反应剂气相输运到衬底，
在高温衬底上发生化学反应，生成的外延物质沿着衬底晶向规则地排列，生长出外延层。
气相外延是由外延气体的气相质量传递和表面外延两个过程完成的。 表面外延过程实质上包含了吸附、分解、迁移、解吸这几个环节，表面过程表明外延生长是横向进行的，是在衬底台阶的结点位置发生的。因此，在将硅锭切片制备外延衬底时，一般硅片都应偏离主晶面一个小角度。目的是为了得到原子层台阶和结点位置，以利于表面外延生长。
7. 外延层杂质的分布主要受哪几种因素影响？
答：杂质掺杂效率不仅依赖于外延温度、生长速率、气流中掺杂剂的摩尔分数、反应室的几何形状等因素，还依赖于掺杂剂自身的特性。另外，影响掺杂效率的因素还有衬底的取向和外延层结晶质量。硅的气相外延工艺中，在外延过程中，衬底和外延层之间存在杂质交换现象，即会出现杂质的再分布现象，主要有自掺杂效应和互扩散效应两种现象引起。
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8.异质外延对衬底和外延层有什么要求？
答：1.衬底与外延层不发生化学反应，不发生大量的相互溶解现象；
2.衬底与外延层热力学参数相匹配，即热膨胀系数接近。以避免外延层由生长温度冷却至室温时，产生残余热应力，界面位错，甚至外延层破裂。
3.衬底与外延层晶格参数相匹配，即晶体结构，晶格常数接近，以避免晶格参数不匹配引起的外延层与衬底接触的界面晶格缺陷多和应力大的现象。
10.比较分子束外延（MBE）生长硅与气相外延（VPE）生长硅的优缺点。
答：MBE的特点：
超高真空度达10-9~10-11Torr ，外延过程污染少，外延层洁净。 温度低，(100)Si 最低外延温度470K，所以无杂质的再分布现象。
外延分子由喷射炉喷出，速率可调，易于控制，可瞬间开/停，能生长极薄外延层，厚度可薄至?量级。
设备上有多个喷射口，可生长多层、杂质分布复杂的外延层，最多层数可达104层。
在整个外延过程中全程监控，外延层质量高。 MBE多用于外延结构复杂、外延层薄的异质外延。 设备复杂、价格昂贵
分子束外延与气相外延相比：
1．衬底温度低，没有自掺杂效应，因而扩散效应带来的杂质再分布现象也很弱。
2．外延生长室真空度超高，非有意掺入的杂质浓度也非常低。 3． 外延生长杂质的掺入与停止是由喷射炉控制的，在外延界面没有过渡区。
第二单元
3. 欲对扩散杂质起有效的屏蔽作用,对SiO2膜有何要求? 答:硅衬底上的SiO2要能够当做掩膜来实现定域扩散，需要xSiO2满足下列条件：预生长的SiO2膜具有一定的厚度，同时杂质在衬底硅中的扩散系数DSi要远远大于其在SiO2中的扩散系数DSiO2，而且SiO22表面杂质浓度与Si/ SiO2界面杂质浓度之比达到一定数值，可保证SiO2膜起到有效的掩膜作用。
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8.硅芯片为避免芯片沾污，可否最后热氧化一层SiO2作为保护膜？为什么？
答：不可以。Si的热氧化是高温工艺，硅器件芯片完成后再进行高温工艺会因金
属电极的氧化、杂质再分布等原因损害器件性能、甚至使其彻底 效。另外，热氧化需要消耗衬底硅，器件表面无硅位置生长不出氧化层。
16. 在1050°C湿氧气氛生长1um厚氧化层，计算所需要时间。若抛物线型速率系数与氧化气压成正比，分别计算计算5个、20个大气压下的氧化时间。 P81
2?m[100] A?0.295?m，B?0.4132?m[111] A?0.18?m，B?0.415h
h
解： 氧化层生长厚度与生长时间之间的关系式为
xSiO22?AxSiO2?B(t??)
2?m已知??0，A?0.18?m，B?0.415h，xSiO2?1?m
所以 t
抛物线型速率B
?2.84h
T1=t/5, T2=t/20 第三单元
1.比较APCVD、LPCVD和PECVD三种方法的主要异同和主要优缺点？
异同点：
APCVD，是最早出现的CVD工艺，其淀积过程在大气压力下进行，主要用于二氧化硅薄膜的制备。由质量输运控制淀积速率。
LPCVD，与APCVD相比增加了真空系统，气压在1-10-2Torr之间进行的CVD。可淀积多晶硅、氮化硅、二氧化硅、PSG、BPSG、W等。淀积速率受表面反应控制，对温度非常敏感，气体分压，气流速对淀积速率也有影响。LPCVD和 APCVD一样都是以热激活方式淀积薄膜的CVD工艺方法。
PECVD，采用等离子体技术把电能耦合到气体中，激活并维持化学反应进行薄膜的一种工艺方法。等离子增强化学气相淀积就是利用等离子体来增强较低温度下化学反应速率的。
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淀积速率是表面反应控制，精确控制衬底温度：温度变化对薄膜厚度均匀性影响很大。
优缺点： 工艺 优点 缺点 应用 反应简单 台阶覆盖能力差, APCVD 低温二氧化硅 淀积速度快 有颗粒沾污 (常压CVD) (掺杂或不掺杂). 低温 低产出率 高纯度和均匀性， 高温，低的淀积速率，需LPCVD 高温二氧化硅 (掺杂或不掺要更多的维护，要求真空一致的台阶覆盖能力，大杂),氮化硅、多晶硅等 (低压 CVD) 系统支持 的硅片容量 等离子体辅助 CVD: 高的深宽比间隙的填充，金低温，快速淀积，好的台要求RF系统，高成本，? 等离子体增强CVD 属上的SiO2,ILD-1,ILD, 阶覆盖能力，好的间隙填压力远大于张力，化学物(PECVD) 为了双镶嵌结构的铜籽晶充能力 质（如H）和颗粒沾污 2? 高密度等离子体CVD 层，钝化( Si3N4). (HDPCVD) 5.等离子体是如何产生的？
答：通常情况下，气体处于中性状态，只有极少的分子受到高能宇宙射线的激发而电离。在没有外加电场时，这些电离的带点粒子与气体分子一样，作杂乱无章的热运动。当有外加电场时，气体中的自然产生的离子和电子做定向移动，运动速度随着电压增加而加快，电流也就随着电压的增加而线性增大。当电压足够大到一定时，出现辉光放电现象，气体突然发生击穿现象，使得气体具有一定导电能力。此时的气体由正离子、电子、光子以及原子、原子团、分子及它们的激发态所组成的混合气体，宏观上呈现电中性。这种具有一定导电能力的混合气体就是等离子体。
PECVD是如何利用等离子体的？
等离子增强化学气相淀积是采用等离子体技术把电能耦合到气体中，激活并维持化学反应进行薄膜的一种工艺方法。衬底吸附等离子体内活泼的中性原子团与游离基，在表面发生化学反应生成薄膜物质，并不断受到离子和电子轰击，容易迁移、重排，使得淀积薄膜均匀性好，填充小尺寸结构能力强。
16.以铝互连系统作为一种电路芯片的电连系统时，若分别采用真空蒸镀和磁控溅射工艺淀积铝膜，应分别从哪几个方面来提高其台阶覆盖特性？
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真空蒸镀：通过衬底加热和衬底旋转能够改善真空蒸镀的台阶覆盖特性。P214
磁控溅射：充分升高衬底温度，在衬底上加射频电压，采用强迫填充技术，采用准直溅射技术。P224
是在高真空溅射时，在衬底正上方插入一块高纵横比孔的平板，称为准直器。溅射原子的平均自由程足够长，则在准直器与衬底之间几乎不会发生碰撞。因此，。。。
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集成电路制造技术-原理与工艺 课后习题答案
