硅工艺第7章 外延习题参考答案
IC工艺原理习题
第一章外延思考题1.外延是___________________________________________________________________。
2.名词解释:同质结外延,异质结外延正外延,反外延SOS，SOI结构软误差，3.埋层外延中的图形漂移与滑移原因及解决办法。
4.分析外延中的自掺杂效应,讨论解决办法。
5.分析外延中的可能产生的几种缺陷,讨论解决办法。
6.总结影响外延生长速率的几种因素,如何提高外延层质量。
7.根据两种硅气相外延的原理，比较两种硅气相外延的特点。
8.外延技术在双极及MOS电路的主要用途第二章氧化工艺10001. 根据硅和二氧化硅的密度和分子量，说明生长厚度为x0的氧化层，计算要消耗厚度为___ x0的硅层，二氧化硅的密度用2.27g/cm3,硅的密度用2.33g/cm3，硅的原子量为28，氧的原子量为16。
选择题10002. 氧化层厚度和氧化时间的关系式为x0=A tA B21412++-⎛⎝⎫⎭⎪τ/，请化简，当氧化时间很短时，即()BAt4/2<<+τ, 则X0=_____A.BAt()+τ B. B t()+τ C.2BAt()+τ D.2B t()+τ10004 .氧化层厚度和氧化时间的关系式为X0=A tA B21412++-⎛⎝⎫⎭⎪τ/，当氧化时间很短时，即()BAt4/2<<+τ，它属于（）A. 表面反应控制B. 扩散控制10006在温度相同的情况下，制备相同厚度的氧化层，分别用干氧，湿氧和水汽氧化，哪个需要的时间最长？（）A.干氧B.湿氧C.水汽氧化10008. 二氧化硅膜能有效的对扩散杂质起掩蔽作用的基本条件有哪些______1．杂质在硅中的扩散系数大于在二氧化硅中的扩散系数2．杂质在硅中的扩散系数小于在二氧化硅中的扩散系数3．二氧化硅的厚度大于杂质在二氧化硅中的扩散深度4．二氧化硅的厚度小于杂质在二氧化硅中的扩散深度A．2,4 B.1,3 C.1,4 D.2,310010. 半导体器件生产中所制备的二氧化硅薄膜属于（）A．结晶形二氧化硅 B. 无定形二氧化硅10011. 二氧化硅薄膜在半导体器件生产上的应用有：（）1．对杂质的掩蔽作用2．对器件表面的保护和钝化作用3．用于器件的电绝缘和电隔离4．作为电容器的介质材料5．作为MOS场效应晶体管的绝缘栅材料A．1,2 B. 1,2,3 C. 1,2,4,5 D.1,2,3,4,510012. 扩散系数与下列哪些因素一定成增函数关系（）1杂质的浓度梯度 2 温度3 扩散过程的激活能4 杂质的迁移率 A. 1,2 B. 2,3 C. 2,4 D.1,410013. 硅平面制造工艺的硼、磷扩散都属于_____ A. 代位式扩散 B.间隙式扩散填空题:20001. 在硅-二氧化硅系统中存在______电荷、可动电荷、界面态电荷和氧化层陷阱电荷。
第七部分 硅的制备——2024届高考化学攻破实验专项训练(含答案)
第七部分 硅的制备——2024届高考化学攻破实验专项训练 学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题1．下列关于硅及其化合物的说法，错误的是( )A.二氧化硅是半导体材料，硬度大，可用于制造光导纤维B.利用焦炭制备粗硅的化学方程式为：2SiO 2CSi 2CO ++↑高温C.不能用带玻璃瓶塞的试剂瓶盛放NaOH 溶液D.硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品的干燥剂2．“中国芯”的主要原料是单晶硅，制取纯硅的过程如图所示。
下列说法正确的是( )A.步骤①中的反应为22SiO C Si CO ++↑高温B.二氧化硅是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸C.步骤②和③均属于置换反应D.28g 纯硅中含有4molSi-Si 键3．实验室用3SiHCl （沸点33.0℃）与过量2H 在1100℃下反应制得纯硅，制备纯硅的装置如图所示（夹持及加热装置略去），已知：3SiHCl 能与2H O 剧烈反应，在空气中易自燃，下列说法错误的是( )A.装置B 中的试剂是浓硫酸，目的是除去氢气中的水蒸气B.装置C 中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的3SiHCl 气化C.实验时石英管用酒精灯外焰加热D.为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是排尽装置中的空气以及控制好反应温度4．工业上制备高纯硅，一般需要先制得98%左右的粗硅，再以粗硅为原料制备高纯硅，工艺流程如下；工业上还以粗硅为原料采用熔融盐电解法制取甲硅烷（4SiH ），电解装置如图所示：下列有关说法正确的是( )A.制备粗硅的化学方程式：22SiO C Si 2CO ++↑高温B.制备高纯硅的工艺中可循环使用的物质只有HClC.阴极发生的电极反应：2H 2e 2H --+D.2SiO 、Si 、4SiH 都属于共价晶体5．高纯单晶硅是重要的半导体材料，在各种集成电路、芯片和CPU 的制作中有不可替代的作用。
硅工艺-《集成电路制造技术》课程-试题
硅工艺-《集成电路制造技术》课程-试题(总11页)一、填空题晶圆制备1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（ GSG ），有时也被称为（电子级硅）。
2．单晶硅生长常用（ CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。
3．晶圆的英文是（ wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。
4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是整型、定向、标识。
5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（ 100 ）、（110 ）和（111）。
6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有确定晶向的）并且（被掺杂成p 型或n型）的固体硅锭。
7．CZ直拉法的目的是（实现均匀掺杂的同时，并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径）。
影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。
8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。
9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。
10.晶片需要经过切片、磨片、抛光后，得到所需晶圆。
氧化10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。
11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。
12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。
13．用于热氧化工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。
14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（ STI ）。
15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。
16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（蒸发）、退火和合金。
17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。
第七章 外延
7.2.3 自掺杂效应（非故意掺杂） 自掺杂效应（非故意掺杂）
定义：衬底杂质及其他来源杂质非人为地掺入外延层。 定义：衬底杂质及其他来源杂质非人为地掺入外延层。 来源:各种气相自掺杂 来源 各种气相自掺杂 ①衬底扩散蒸发的杂质：在外延生长的初期； 衬底扩散蒸发的杂质：在外延生长的初期； 衬底背面及侧面释放的杂质； ②衬底背面及侧面释放的杂质； 外延生长前吸附在表面的杂质； ③外延生长前吸附在表面的杂质； 气相腐蚀的杂质； ④气相腐蚀的杂质； ⑤其他硅片释放的杂质。 其他硅片释放的杂质。 外延系统：基座、输入气体中的杂质。 ⑥外延系统：基座、输入气体中的杂质。
SOI技术的特点与优势 技术的特点与优势
1．速度高 ：在相同的特征尺寸下，工作速度可提高 ． 在相同的特征尺寸下， 30-40％； ％； 2．功耗低： 在相同的工作速度下，功耗可降低 ．功耗低： 在相同的工作速度下， 50 ％ - 60％； ％； 3．特别适合于小尺寸器件； ．特别适合于小尺寸器件； 4．特别适合于低压、低功耗电路； ．特别适合于低压、低功耗电路； 5．集成密度高 ： 封装密度提高约 ％； 封装密度提高约40％； ． 6．低成本： 最少少用三块掩模版，减少 ．低成本： 最少少用三块掩模版，减少13%-20% ％）的工序 （30％）的工序； ％）的工序； 7．耐高温环境： 工作温度 ．耐高温环境： 工作温度300℃-500℃； ℃ ℃ 8．抗辐照特性好： 是体硅器件的 ．抗辐照特性好： 是体硅器件的50-100倍。 倍
第七章
主
外延
讲：毛 维
mwxidian@ 西安电子科技大学微电晶衬底上，按衬底晶向生长一层新的单 晶薄膜的工艺技术。 晶薄膜的工艺技术。 外延层：衬底上新生长的单晶层。 外延层：衬底上新生长的单晶层。 外延片：生长了外延层的衬底硅片。 外延片：生长了外延层的衬底硅片。 应用 双极器件与电路： ①双极器件与电路： 轻掺杂的外延层——较高的击穿电压； 较高的击穿电压； 轻掺杂的外延层 较高的击穿电压 重掺杂的衬底降低集电区的串联电阻。 重掺杂的衬底降低集电区的串联电阻。 电路： ②CMOS电路： 电路 避免了闩锁效应：降低漏电流。 避免了闩锁效应：降低漏电流。
硅工艺-《集成电路制造技术》课程-试题
晶圆制备1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（GSG ），有时也被称为（电子级硅）。
2．单晶硅生长常用（CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。
3．晶圆的英文是（wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。
4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是整型、定向、标识。
5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（100 ）、（110 ）和（111）。
6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有确定晶向的）并且（被掺杂成p型或n型）的固体硅锭。
7．CZ直拉法的目的是（实现均匀掺杂的同时，并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径）。
影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。
8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。
9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。
10.晶片需要经过切片、磨片、抛光后，得到所需晶圆。
氧化10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。
11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。
12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。
13．用于热氧化工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。
14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（STI ）。
15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。
16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（蒸发）、退火和合金。
17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。
18．卧式炉的工艺腔或炉管是对硅片加热的场所，它由平卧的（石英工艺腔）、（加热器）和（石英舟）组成。
集成电路制造技术-原理与工艺 课后习题答案
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， 。 。 。
高温二氧化硅 (掺杂或不掺 杂),氮化硅、多晶硅等
低温，快速淀积，好的台 阶覆盖能力，好的间隙填 充能力
要求 RF 系统，高成本， 压力远大于张力，化学物 质（如 H2）和颗粒沾污
高的深宽比间隙的填充，金 属上的 SiO2,ILD-1,ILD, 为了双镶嵌结构的铜籽晶 层，钝化( Si3N4).
5.等离子体是如何产生的？
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。
2
2
h
h
解：
氧化层生长厚度与生长时间之间的关系式为
xSiO2 2 AxSiO2 B(t )
已知 0 ， A 0.18 m ， B 0.415 m 所以
2
h
， xSiO2 1 m
t 2.84 h
抛物线型速率B 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？
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。
外延一
→ H2清洗→降温→ N2冲洗
7.2.1 硅的气相外延工艺
硅外延工艺过程
外延生长 N2预冲洗→H2预冲洗→升温至850°C→升温至 1170°C→HCl排空→HCl抛光→ H2冲洗附面层→ 外延生长→ H2冲洗→降温→ N2冲洗
HCl抛光工序：腐蚀硅表面，露出新鲜有完整 晶格的硅表面；
作业
1. 淀积薄膜需要满足哪些质量要求？并解释各个特性参数 的概念。 2. 简述CVD和PVD的工艺原理。 3. 集成电路工艺中常用的薄膜都有哪些？并具体阐述其中 三种常用薄膜的工艺方法。 4. 解释以下几个物理概念：辉光放电，台阶覆盖特性，气 缺现象，钨插塞，等离子体，单晶硅和多晶硅。 5. 比较APCVD,LPCVD和PECVD的各自特点。 6. 比较不同硅源的APCVD-SiO2的工艺方法。 7. 热氧化与CVD生长的SiO2薄膜有什么不同？ 8. CVD生长SiO2薄膜常用的三种硅源反应剂分别是什么？ TEOS/O3技术淀积SiO2薄膜的优点和存在的问题。
H2冲洗附面层：去除HCl等气体。
7.2.1 硅的气相外延工艺
硅外延生长模型
同质外延层是生长在完整晶体的某个晶面上，晶面的构造特征描述为：
平台、扭转、台阶，是切割硅片时偏离了晶向产生的，这样的表面
称为近晶面。
平台 单原子层阶梯 Kink
Adatom 阶梯原子
平台空位
7.2.1 硅的气相外延工艺
氢还原SiCl4析出硅原子过程； 硅原子在衬底上生成单晶层的过程。
速度较慢的一个
将决定外延生长速率。
7.2.2 影响外延生长速率的因素
外延生长速率与反应剂浓度的关系
当SiCl4浓度较小时： SiCl4被氢还
半导体材料第5章硅外延生长课后答案
第五章硅外延生长1、解释名词：①*自掺杂：外延生长时由衬底、基座和系统等带来的杂质进入到外延层中的非人为控制的掺杂称为自掺杂。
②外扩散：在外延生长中，由于是在高温条件下进行的，衬底中的杂质会扩散进入外延层致使外延层和衬底之间界面处的杂质浓度梯度变平的现象。
③外延夹层：外延层和衬底界面附近出现的高阻层或反形层。
④双掺杂技术：在外延生长或扩散时，同时引入两种杂质。
因为原子半径不同而产生的应变正好相反。
当两种杂质原子掺入比例适当时，可以使应力互相得到补偿，减少或避免发生晶格畸变，从而消除失配位错的产生。
这种方法叫作双掺杂技术。
⑤SOS技术：在蓝宝石或者尖晶石衬底上外延生长硅。
⑥SOI技术：把器件制作在绝缘衬底上生长的硅单晶层上。
（当器件尺寸缩小到亚微米范围以内时，常规结构就不适应了，导致了SOI结构的发展）⑦SIMOX：氧注入隔离，通过氧离子注入到硅片，再经高温退火过程消除注入缺陷而成。
⑧SDB&BE：直接键合与背面腐蚀技术。
将两片硅片通过表面的S i O2层键合在一起,再把背面用腐蚀等方法减薄来获得SOI结构。
⑨ELTRAN：外延层转移，在多孔硅表面上可生长平整的外延层，并能以合理的速率将多孔硅区域彻底刻蚀掉，该技术保留了外延层所具有的原子平整性，在晶体形成过程中也不产生颗粒堆积或凹坑，因此具有比其它SOI技术更为优越的性能。
⑩Smart-Cut：利用H+注入Si片中形成气泡层，将注氢片与另一片支撑片键合，经适当的热处理，使注氢片从气泡层完整剥离形成SOI结构。
2、*(简述)详述影响硅外延生长速率的因素。
答：①S i CL4浓度：生长速率随浓度的增加增大并达到一个最大值，以后由于腐蚀作用增大，生长速率反而降低。
②*温度：当温度较低时，生长速率随温度升高而呈指数变化，在较高温度区，生长速率随温度变化比较平缓，并且晶体完整性比较好。
③气流速度：在反应物浓度和生长温度一定时，生长速率与总氢气流速平方根成比例关系，但到极限时不在增加。
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12. *区熔提纯: 利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其沿锭长 从一端缓慢地移动到另一端，重复多次（多次区熔）使杂质被集中在尾部或 头部，进而达到使中部材料被提纯。
第三章、晶体生长
一、 名次解释： ⑴均匀成核：在亚稳定相中空间个点出现稳定相的几率相等的成核过程，是在体
第一章硅、锗的化学制备
㈠ 比较三氯氢硅氢还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点?
答：1.SiHCl3氢还原法: 优点: 产量大、质量高、成本低，由于SiHCl3中有一个Si-H键，活泼易分 解，沸点低，容易制备、提纯和还原。 缺点：B、P杂质较难去除（基硼、基磷量），这是影响硅电学性能的主要 杂质。
2.硅烷法： 优点: 杂质含量小；无设备腐蚀；不使用还原剂；便于生长外延层。 缺点: 制备过程的安全性要求高。
O 之间发生一系列反应，在 450C°时 SiO 以最快的速度形成 SiO4，SiO4 是
一个正电中心，可以束缚一个电子，在室温下受热激发而使它电离出来参
与导电，SiO4 起施主作用，此种效应称为热施主效应。
⑥吸杂工艺：通过机械化学处理方法，在硅片的非电活性区引入缺陷，在热
处理时一些重金属杂质会 扩散并淀积在这些缺陷处，从而减少了这些有害
㈡ 制得的高纯多晶硅的纯度：残留的B、P含量表示（基硼、基磷量）。
㈢*精馏提纯：利用混合液中各组分的沸点不同来达到分离各组分的目的。
第二章、区熔提纯
1. 以二元相图为例说明什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？
答：如图是一个二元相图，在一个系统中，当系统的温度为T0时，系统中有 固相和液相。由图中可知，固相中杂志含量Cs<CL（液相中杂志成分）。 1、 这种含有杂志的晶态物质熔化后再结晶时，杂志在结晶的固体和未 结晶的液体中浓度不同的现象叫做*分凝现象。 2、 在一定温度下，平衡状态时，杂质在固液两相中浓度的比值K0=CS/CL 叫作平衡分凝系数。 3、 为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中的杂质浓度的影响， 把固相杂质浓度CS与熔体内部的杂质浓度CL0的比值定义为*有效分凝 系数。Keff=CS/CL0
硅材料制备技术基础知识单选题100道及答案解析
硅材料制备技术基础知识单选题100道及答案解析1. 硅材料制备过程中，常用的提纯方法是（）A. 化学气相沉积B. 区域熔炼C. 电解精炼D. 萃取答案：B解析：区域熔炼是硅材料制备中常用的提纯方法。
2. 以下哪种原料常用于硅材料的制备（）A. 石英砂B. 碳酸钙C. 碳酸钠D. 氯化钠答案：A解析：石英砂是制备硅材料的常见原料。
3. 在硅的晶体生长中，直拉法的关键步骤是（）A. 引晶B. 缩颈C. 放肩D. 等径生长答案：A解析：引晶是直拉法晶体生长的关键起始步骤。
4. 硅材料的电阻率主要取决于（）A. 杂质浓度B. 晶体结构C. 温度D. 压力答案：A解析：杂质浓度对硅材料的电阻率起着决定性作用。
5. 制备硅单晶时，所用坩埚的材料通常是（）A. 石英B. 石墨C. 陶瓷D. 不锈钢答案：B解析：石墨坩埚常用于硅单晶的制备。
6. 硅材料的禁带宽度约为（）A. 0.67 eVB. 1.12 eVC. 2.0 eVD. 3.0 eV答案：B解析：硅材料的禁带宽度约为 1.12 eV。
7. 硅的原子序数是（）A. 12B. 14C. 16D. 18答案：B解析：硅的原子序数是14。
8. 以下哪种不是硅材料的常见应用（）A. 集成电路B. 玻璃制造C. 太阳能电池D. 半导体器件答案：B解析：玻璃制造通常不用硅材料，硅主要用于集成电路、太阳能电池和半导体器件等。
9. 硅的熔点约为（）A. 1083℃B. 1410℃C. 1728℃D. 2355℃答案：B解析：硅的熔点约为1410℃。
10. 在硅材料制备中，用于检测杂质含量的仪器是（）A. 分光光度计B. 质谱仪C. 原子吸收光谱仪D. 红外光谱仪答案：C解析：原子吸收光谱仪常用于检测杂质含量。
11. 硅材料的导电机理主要是（）A. 电子导电B. 空穴导电C. 电子和空穴导电D. 离子导电答案：C解析：硅材料中电子和空穴都参与导电。
12. 硅单晶生长过程中，控制晶体直径的方法是（）A. 控制温度B. 控制提拉速度C. 控制坩埚转速D. 控制保护气体流量答案：B解析：通过控制提拉速度来调节晶体直径。
半导体制造技术 习题4-7章
4-5章1.为什么集成电路芯片制造需要用单晶硅材料?因为非晶态和多晶态，从晶粒边界散射的电子会会严重影响PN节的特性。
2.在一个立方体上画出<100>和<111>平面。
3.在集成电路工业中，硅晶圆比其他半导体晶圆普遍使用的原因是什么?1.硅是地球上最丰富的元素之一2.硅晶圆能够再热氧化的过程中生长一层二氧化硅3.硅材料具有较大的能隙，所以能承受较高的工作温度和较大的杂质掺杂范围4.哪种化学药品用于将MGS纯化成EGS?说明其安全性与危险性。
HCL和氢气5. CZ法提拉单晶的工艺流程是什么?为什么CZ法提拉的晶圆比悬浮区熔法提拉的单晶有较高的氧浓度?1.将高纯度的电子级硅材料放入缓慢转动的石英坩埚中在1415C熔化（硅的熔点是1414C）2.将一个安装在慢速转动夹具上的单晶硅籽晶棒缓慢降低高度，溶解在熔融硅中3.将单晶硅籽晶缓慢拉出就可以把熔融的硅拉出来，使其沿着籽晶的晶体方向凝固。
CZ法提拉的单晶硅棒总是有微量的氧和碳杂质，这是由于坩埚本身的材料引起的。
而悬浮区熔法处理的时候不接触坩埚。
6.说明外延工艺的目的。
外延层能够在低阻衬底上形成一个高阻层，这样可以提高双载流子晶体管bipolar transistor的性能外延层也可以增强动态随机存储DRAM和互补金属氧化物半导体CMOS的性能。
双载流子晶体管需要外延层在硅的深部形成重掺杂深埋层。
外延层能够提供与衬底晶圆不同的物理特性。
7.什么是自掺杂效应?如何避免?8.列出三种外延硅的原材料。
SIH4SIH2CL2SIHCL3掺杂AsH3、PH3、B2H69.列出常用的三种外延硅掺杂物，并说明掺杂气体的安全性。
掺杂AsH3、PH3、B2H6三种氢化物都有剧毒、易燃和易爆炸10.单晶硅外延反应器优于批量外延系统的优点是什么?有较高的外延层生长速率和较高的可靠性，重复性，能够在大气压和低压下沉积高质量、低成本的薄膜。
11.键合SOI技术需要哪种离子注人? SIMOX注氧隔离SOI晶圆需要哪种离子注人?氢离子氧离子键合SOI的主要优势在于成本12.解释为什么大多数IC制造商使用局部应变strain技术代替应变硅技术制造MOSFET?因为只有MOSFET的栅极氧化层下方的沟道需要应变，因此没有必要对整个晶片进行应变，13.大多数IC制造商将具有局部应变的体硅晶圆用于先进IC芯片制造，而且使用混合定位技术，请解释原因是什么?在PMOS和NMOS上分别实现压应变和拉应变，用于提高P沟道的空穴迁移率和N沟道的电子迁移率。
《集成电路工艺原理》试题第7章
第七章填空题1.当生长的外延层与衬底材料不同为外延；当生长的外延层与衬底材料相同为外延。
2.根据向衬底输送原子的方式，外延分类: 、和。
3.薄膜生长依靠晶体表面台阶的运动进行的。
4.在低阻材料上生长高阻外延层的工艺为。
5.在高阻材料上生长低阻外延层的工艺为。
6.实际外延温度选在区。
7.外延生长速率主要受析出硅原子过程和被释放出来的硅原子在衬底上生成的过程控制。
8.发生漂移和畸变的根本原因：硅的和腐蚀速率的。
9.晶面构造可以用三个特征来描述：、和。
答案1 异质，同质2 VPE，LPE，SPE3 横向运动4 正向外延5.反向外延6 高温区7 氢还原SiCl 4，单晶层8 生长，各向异性9平台，扭转，台阶选择题1.外延生长薄膜时，吸附原子必须到达位置才能开始横向生长。
BA.平台B. 扭转C. 台阶2.外延时，在低温区，生长速率对温度变化非常敏感，生长速率由控制。
CA.扩散速度B.气相质量输运C.表面化学反应3. 外延时，在高温区，生长速率对温度变化不敏感，生长速率由控制。
BA.扩散速度B.气相质量输运C.表面化学反应4.外延生长时，选用，均匀性较好。
AA.矩形腔B. 圆形腔C. A和B都好D.A和B都不好5.吸附原子所处位置稳定性排序：。
AA．扭转﹥台阶边缘﹥平台上 B. 平台上﹥台阶边缘﹥扭转C. 台阶边缘﹥扭转﹥平台上6. 在对多晶硅进行原位掺杂时，掺入杂质，会提高淀积速率。
BA. 磷B. 硼C. 硅D. 砷7. 一般认为，机制是决定保形覆盖的关键因素。
BA.入射B.再发射C.表面迁移8. 外延层生长时，在相同温度下，的生长率最高。
AA. SiH 4B. SiCl 4C. Si H 2Cl 4D. SiHCl 39 .外延层中的杂质原子在淀积时，当硅的生长速率保持恒定时，的掺入量随生长温度的上升而增加。
CA.AsB. PC. B10. 外延层生长时，在相同温度下，硅源的生长率最低。
BA. SiH 4B. SiCl 4C. Si H 2Cl 4D. SiHCl 311. 在任意特定的淀积温度下，都存在一个最大淀积率。
《硅集成电路工艺》硅集成电路工艺期末试卷A
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拟题请用碳塑墨水钢笔书写。
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除填空体、图解及特要求外一般不留答题空间。
- ---------------------------上------------------------------装-----------------------------------------订----------------------------线---------------------------------专业班级 姓名 班内序号 西安邮电学院试题卷专用纸- ------------------------密--------------------------------封-----------------------------装----------------------------------订------------------------------线------------------------------------2．装订试卷，考生答卷时不得拆开或在框外留写标记，否则安零分计共 页 第 页说明： 1。
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工业硅成品工艺试题及答案
工业硅成品工艺试题及答案【题目】（1）工业上生产纯硅的工艺流程如下：①石英砂的主要成分是SiO2，在制备粗硅时，焦炭的作用是__________（填“氧化剂”或“还原剂”），生成气体的化学式为________；在该反应中，若消耗了3.0 g SiO2 ，则转移电子的总数为_______________。
②粗硅与氯气反应后得到沸点较低的液态四氯化硅，其中常混有一些高沸点、难挥发性液体杂质（与液态四氯化硅互溶），必须分离提纯。
其提纯方法为____（填字母）。
A. 蒸馏B. 过滤C. 萃取D. 蒸发（2）向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液，看到的现象是____________________，写出沉淀变化的化学方程式________________________________。
（3）把10.2 g镁铝合金的粉末放入500mL过量的稀盐酸中，得到11.2 L H2（标准状况下）求：①该合金中镁的质量为__________。
②反应后所得溶液中Al3+的物质的量浓度为__________ （假设反应前后溶液体积不变）。
【答案】还原剂CO 1.204×1023 A 白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变为红褐色 4Fe（OH）2+O2 +2H2O＝4Fe（OH）3 4.8g0.4mol·L-1【解析】（1）二氧化硅和焦炭在高温下反应生成粗硅和CO，生成的粗硅和氯气化合生成四氯化硅，四氯化硅和氢气发生置换反应生成硅和氯化氢，据此解答。
（2）硫酸亚铁和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定易被氧化，据此解答。
（3）镁铝均能与盐酸反应产生氢气，根据金属的质量和产生的氢气体积结合方程式计算。
（1）①石英砂的主要成分是SiO2，二氧化硅和焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，碳元素化合价升高，失去电子，因此在制备粗硅时，焦炭的作用是还原剂，生成气体的化学式为CO；在该反应中，硅元素化合价从+4价降低到0价得到4个电子，若消耗了3.0 g SiO2，二氧化硅的物质的量是3.0g÷60g/mol＝0.05mol，则转移电子的物质的量是0.05mol×4＝0.2mol，电子总数为0.2mol×6.02×1023/mol＝1.204×1023。
硅工艺 第七章-外延
（3）硅表面更光滑、损伤最小；
根据材料的异同分为： 同质外延 Si-Si（硅衬底上外延硅） 异质外延 Al2O3-Si（如：硅上外延砷化镓、蓝宝石上外
延硅）
根据温度的高低分为： 高温外延（>1000℃） 低温外延（<1000℃）
授课内容
§7.1 硅汽相外延原理 §7.2 外延层中杂质的分布 §7.3 低压外延 §7.4 选择性外延 §7.5 SOS技术 §7.6 分子束外延 §7.7 外延层中的缺陷与检测 §7.8 外延层参数的测量
§ 7.1 硅气相外延工艺原理
7.1.1 外延生长模型
在生长表面得到游离状态的硅原子析出的硅原子在高温下携带有大量 的热能，沿着表面滑动(扩散)并聚集成群，一旦群体的分子数超过某一临 界值便开始结晶(即形成晶核)，放出潜热而在衬底表面固定下来，随后的 硅原子就直接到晶核的弯折处，使晶核不断扩展而发展成一个完整的新 晶面。
SiCl4(气)＋2H2(气)====Si(固)＋4HCl(气)
实际的过程比上式复杂。
氢还原反应
SiCl4 2H2 1000 CSi 4HCl
SiCl4 Si(固) 2SiCl2
硅烷热分解
SiH4 600 CSi 2H2
在气相中可能存在着如下几种中间反应（可逆） SiCl4+H2====SiCl3+HCl SiCl4+H2====SiCl2+2HCl SiHCl3+H2====SiH2Cl2+HCl SiHCl3 ====SiCl2+HCl SiH2Cl2 ====SiCl2+H2
一般在高温下，采用中、低 速生长，极限生长速度(极限生 长温度) 还与衬底的表面势有关。 影响表面势的因素：衬底取向、 表面光洁度和清洁等。外延生 长的温度也不宜太高。
第七章外延
基本概念
外延：是指在单晶衬底(如硅片)上，按衬底晶向生长单晶薄膜的工艺 过程。生长有外延层的硅片称为外延片。 同质外延：生长的外延层和衬底是同一种材料。 异质外延：外延生长的薄膜与衬底材料不同，或者生长化学组分、物 理结构与衬底完全不同的外延层，如SOS 技术。（在蓝宝石或尖晶石 上生长硅） 根据向衬底输送原子的方式，外延生长分为三种类型： 气相外延(VPE)、液相外延(LPE)和固相外延(SPE)。 在硅工艺中主要采用气相外延技术，能够很好地控制外延层厚度、 杂质浓度、晶体完整性。 缺点是必须在高温下进行，加重了扩散效应和自掺杂效应，影响 对外延层掺杂的控制。 1
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7.2 外延层中的杂质分布
外延工艺不仅要求外延层具有完美的晶体结构，还要求： 精确控制外延层掺杂浓度；
外延层与衬底之间具有突变型的杂质分布；
SiCl4氢还原法的外延温度高； 衬底中杂质蒸发，改变了气相中的杂质成份和浓度； 衬底中杂质与外延层中杂质互扩散，使界面处杂质分布变缓。
SiCl4 H 2 SiHCl3 HCl SiCl4 H 2 SiCl2 2HCl SiHCl3 H 2 SiH2Cl2 HCl SiHCl3 SiCl2 HCl SiH2Cl2 SiCl2 H 2
以上反应均为气相反应，产物SiCl2吸附于衬底表面生成固态Si原 子。
在轻掺杂衬底上，生长不同导电类型
的重掺杂外延层，杂质分布情况如图中 (b)所示。由图可见，在外延过程中由于
自掺杂效应的影响，引起pn结位臵的移
动。
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一、同时考虑扩散效应和自掺杂效应的杂质浓度分布
同时考虑扩散效应和自掺杂效 应，在重掺杂衬底上生长轻掺杂外 延层时，衬底与外延层之间过渡区 的杂质分布如右图。 紧靠近衬底的外延层(A区)， 掺杂浓度高，这是因为在外延生长 过程中掺杂剂从衬底扩散到外延层 中。 与扩散速度相比外延生长速度要 大得多，因此很快就抑制了这种影 响。B区是自掺杂效应对过渡区的 影响。 当外延层生长一定厚度时，自 掺杂效应影响也降低，外延层中杂 质浓度达到期望值。
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3、简述层错法测量外延厚度的原理，及测量时的注意事项。 、简述层错法测量外延厚度的原理，及测量时的注意事项。 原理： 原理： 层错是外延层的一种体内缺陷， 层错是外延层的一种体内缺陷，由于层错一般是由外延层与 衬底界面开始，一直延伸到表面，那么， 衬底界面开始，一直延伸到表面，那么，缺陷图形的边长与 外延层厚度之间就存在一定的比例关系。因此， 外延层厚度之间就存在一定的比例关系。因此，可以通过测 量缺陷图形的边长，换算出外延层的厚度， 量缺陷图形的边长，换算出外延层的厚度，达到测量外延层 厚度的目的。 厚度的目的。 通过显微镜测量出三角形的边长l， 通过显微镜测量出三角形的边长 ，就可以换算出层错四面 体的高度，即外延层的厚度T。 体的高度，即外延层的厚度 。 l
2、什么是自掺杂效应？什么是扩散效应？这两个效应使得 、什么是自掺杂效应？什么是扩散效应？ 衬底/外延界面杂质分布有怎样的变化 外延界面杂质分布有怎样的变化？ 衬底 外延界面杂质分布有怎样的变化？ 自掺杂效应：在外延生长过程中， 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、或者因化学反应的副产物对衬底或外延层的腐蚀 副产物对衬底或外延层的腐蚀， 热蒸发、或者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到边界层中， 都会使衬底和（或）外延层中的杂质进入到边界层中，改变 了边界层中的掺杂成份和浓度 掺杂成份和浓度， 了边界层中的掺杂成份和浓度，从而导致了外延层中杂质的 实际分布偏离理想情况。 实际分布偏离理想情况。 扩散效应：衬底中的杂质与外延层中的杂质， 扩散效应：衬底中的杂质与外延层中的杂质，在外延生长时 相互扩散， 相互扩散，引起衬底与外延层界面附近的杂质浓度缓慢变化 的现象。 的现象。 界面杂质分布的变化有：界面附近杂质浓度缓变；对于p-n 界面杂质分布的变化有：界面附近杂质浓度缓变；对于 结则引起结位置的移动。 结则引起结位置的移动。
原因： 原因： 高温区，生长速率对温度的变化不敏感，生长速率由气相质 高温区，生长速率对温度的变化不敏感， 量输运控制。 量输运控制。决定外延生长速率的主要因素是单位时间内反 应剂输运到衬底表面的数量、 应剂输运到衬底表面的数量、或者是化学反应的副产物通过 扩散方式离开衬底表面的速率；随着温度上升， 扩散方式离开衬底表面的速率；随着温度上升，生长速率有 微弱增加的原因是气相中反应剂的扩散能力随温度上升有微 弱增加。 弱增加。 低温区，生长速率由表面化学反应控制， 低温区，生长速率由表面化学反应控制，又表面化学反应速 率与温度有一指数关系， 率与温度有一指数关系，故生长速率对温度的变化非常敏 化学反应激活能约为1.5eV，与所使用的硅源无关，控 感 。化学反应激活能约为 ，与所使用的硅源无关， 制反应速率的机制是反应表面对氢的解吸。 制反应速率的机制是反应表面对氢 816 l 3
外延层 l 衬底
T
• 层错法测量外延层厚度需注意两点： 层错法测量外延层厚度需注意两点： – 在测量时要选择大的图形，不能选择靠近外延层边缘 在测量时要选择大的图形， 的图形； 的图形； – 经过化学腐蚀之后，外延层要减薄一定厚度，腐蚀时 经过化学腐蚀之后，外延层要减薄一定厚度， 间不应过长。 间不应过长。
第七章 外延习题参考答案
1、读图7.6说明各种硅源进行外延生长时，生长速率与温度 、读图 说明各种硅源进行外延生长时 说明各种硅源进行外延生长时， 的关系，并解释原因。 的关系，并解释原因。 图中体现了以下两点： 图中体现了以下两点： 1）生长速率依赖于所选用 ） 的 硅 源 ， 生 长 率 SiH4> SiH2Cl2 > SiHCl3 > SiCl4。 2）可观察到两个生长区域， ）可观察到两个生长区域， 低温区A， 高温区B。 区 低温区 ， 高温区 。 A区 对温度 变 对 温度变 化敏 感 ； B 区 对 温度变化不敏感， 温度变化不敏感 ， 随着温 度上升， 度上升 ， 生长速率仅有微 弱增加。 弱增加。