微電子習(xí)題答案(第3單元)

1、第三單元 習(xí)題1. 比較APCVD、LPCVD和PECVD三種方法的主要異同？主要優(yōu)缺點(diǎn)？答：從三種方法的工藝原理上看，APCVD、LPCVD是熱激活并維持化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，而PECVD是采用電能將反應(yīng)氣體等離子化從而熱激活并維持化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的。APCVD工藝溫度一般控制在氣相質(zhì)量輸運(yùn)限制區(qū)，采用冷壁式反應(yīng)器，在薄膜淀積過程中應(yīng)精確控制反應(yīng)劑成分、計(jì)量和氣相質(zhì)量輸運(yùn)過程。主要缺點(diǎn)是有氣相反應(yīng)形成的顆粒物。LPCVD工藝溫度一般控制在表面反應(yīng)限制區(qū)，對(duì)反應(yīng)劑濃度的均勻性要求不是非常嚴(yán)格，對(duì)溫度要求嚴(yán)格。因此多采用熱壁式反應(yīng)器，襯底垂直放置，裝載量大，更適合大批量生產(chǎn)，氣體用量少，功耗低，降低了生產(chǎn)成

2、本。顆粒污染現(xiàn)象也好于APCVD。PECVD工藝是典型的表面反應(yīng)速率控制淀積方法，需要精確控制襯底溫度。最大特點(diǎn)是工藝溫度較低，所淀積薄膜的臺(tái)階覆蓋性、附著性也好于APCVD和PECVD。但薄膜一般含有氫等氣體副產(chǎn)物，質(zhì)地較疏松，密度低。2. 有一特定LPCVD工藝，在700下受表面反應(yīng)速率限制，激活能為2eV，在此溫度下淀積速率為100nm/min。試問800時(shí)的淀積速率是多少?如果實(shí)測(cè)800的淀積速率值遠(yuǎn)低于所預(yù)期的計(jì)算值，可以得出什么結(jié)論？可以用什么方法證明？已知，薄膜淀積速率由表面反應(yīng)控制時(shí)，有：，, 1/k=5040K/eV由此可得：，Ea2eV, 1/kT1=5.18 eV-1,

3、1/kT2=4.70 eV-1得800時(shí)的淀積速率是: （nm/min）如果實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)低于所預(yù)期的計(jì)算值，表明該工藝在此溫度范圍不是受表面反應(yīng)速率限制，而是氣相質(zhì)量輸運(yùn)速率限制，或在700800范圍內(nèi)出現(xiàn)淀積速率由表面反應(yīng)速率限制向氣相質(zhì)量輸運(yùn)速率限制的轉(zhuǎn)變。而在氣相質(zhì)量輸運(yùn)速率限制溫區(qū)，溫度升高淀積速率只有小幅增加?？赏ㄟ^實(shí)測(cè)淀積速率反推溫度，在所得溫度之上進(jìn)行LPCVD淀積，再測(cè)淀積速率，如果和800時(shí)的淀積速率接近，就表明上述分析是正確的。3. 薄膜在KOH水溶液中的腐蝕速率非常慢，因此常作為硅片定域KOH各向異性腐蝕的掩蔽膜，而PECVD氮化硅薄膜在KOH水溶液中的腐蝕速率快。怎樣才能用

4、已淀積的PECVD氮化硅薄膜作為KOH各向異性腐蝕的掩蔽膜？答：PECVD氮化硅薄膜含H、質(zhì)地疏松，抗KOH水溶液中的腐蝕性能差?？赏ㄟ^高溫退火，使H逸出，薄膜致密化，從而提高抗腐蝕性，就能作為KOH各向異性腐蝕的掩蔽膜。退火溫度約800，20min，即LPCVD氮化硅工藝溫度。如效果不理想，可升溫延長時(shí)間。 4. 標(biāo)準(zhǔn)的臥式LPCVD的反應(yīng)器是熱壁式的爐管，襯底硅片被豎立裝在爐管的石英舟上，反應(yīng)氣體從爐管前端進(jìn)入后端抽出，從爐管前端到后端各硅片淀積薄膜的生長速率會(huì)降低，那么每個(gè)硅片邊緣到中心淀積薄膜的生長速率將怎樣?如何改善硅片之間和硅片內(nèi)薄膜厚度的均勻性?答：每個(gè)硅片邊緣到中心淀積薄膜的生

5、長速率也會(huì)出現(xiàn)遞減，這也是氣缺效應(yīng)造成?？赏ㄟ^沿氣流方向提高工藝溫度來消除沿著氣流方向硅片間薄膜的生長速率的遞減，即氣缺效應(yīng)，即控制加熱器沿著氣流方向溫度逐步提高。提高爐管進(jìn)氣速度也能緩解氣缺效應(yīng)帶來的問題。另外，將工藝溫度控制在表面反應(yīng)限制區(qū)，因薄膜的淀積速率對(duì)反應(yīng)氣體濃度的均勻性要求不高，也會(huì)對(duì)減低氣缺效應(yīng)絳低有利。5. 等離子體是如何產(chǎn)生的？PECVD是如何利用等離子體的？答：對(duì)低壓氣體施加電場(chǎng)時(shí)，出現(xiàn)輝光放電現(xiàn)象，氣體被擊穿，有一定的導(dǎo)電性，這種具有一定導(dǎo)電能力的氣態(tài)混合物是由正離子、電子、光子以及原子、原子團(tuán)、分子和它們的激發(fā)態(tài)所組成的，被稱為等離子體。PECVD是采用等離子體技術(shù)把

6、電能耦合到反應(yīng)氣體中，激活并維持化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，從而淀積薄膜的一種工藝方法。利用等離子體技術(shù)能提高化學(xué)反應(yīng)速度，進(jìn)而降低化學(xué)反應(yīng)對(duì)溫度的敏感，使之在較低溫度下進(jìn)行薄膜淀積。6. SiO2作為保護(hù)膜時(shí)為什么需要采用低溫工藝?目前低溫SiO2工藝有哪些方法?它們降低制備溫度的原理是什么？答：保護(hù)膜是芯片制造的最后一個(gè)工藝步驟，這時(shí)芯片上的元、器件已制作好，如再采用高、中溫工藝制作SiO2保護(hù)膜，芯片上的金屬化系統(tǒng)或器件結(jié)構(gòu)都會(huì)受損，如金屬被氧化、雜質(zhì)再分布帶來元器件結(jié)構(gòu)的改變，甚至芯片報(bào)廢。所以，只能采用低溫工藝。目前，采用最多是PECVD-SiO2低溫工藝反應(yīng)氣體為O2、N2O和SiH4或TEOS

7、，應(yīng)用等離子體技術(shù)將電能耦合到反應(yīng)氣體中，使反應(yīng)氣體形成等離子體，降低了反應(yīng)淀積SiO2溫度。7. 比較同等摻雜濃度多晶硅和單晶硅電阻率的大?。拷忉尣煌脑?。答：相同摻雜雜質(zhì)即使?jié)舛认嗤嗑Ч璧碾娮杪时葐尉Ч璧碾娮杪矢?。這是因?yàn)槎嗑Ч枋途Я：途Ы缃M成，在晶粒內(nèi)部的摻雜原子和在單晶硅中一樣是占據(jù)替位，有電活性；而晶界上的硅原子是無序狀態(tài)，摻雜原子多數(shù)是無電活性的，且晶粒/晶界之間的雜質(zhì)分凝導(dǎo)致晶界上雜質(zhì)濃度高于晶粒內(nèi)部，因此，在相同摻雜濃度下，多晶硅中有電活性的雜質(zhì)濃度低于單晶硅，導(dǎo)電能力也就低于單晶硅。另外，晶界上大量的缺陷和懸掛鍵是載流子陷阱，晶粒中的載流子若陷入晶界之中，對(duì)電導(dǎo)就不再起

8、作用。同時(shí)晶界上的電荷積累還會(huì)造成晶粒邊界周圍形成載流子耗盡的區(qū)域，使其能帶發(fā)生畸變，產(chǎn)生勢(shì)壘，降低了多晶硅中載流子的有效遷移率，這也引起導(dǎo)電能力下降，電阻率升高。8. 制備中等濃度n型多晶硅通常采用什么工藝方法？答：通常采取兩步工藝：先LPCVD本征多晶硅薄膜，然后再進(jìn)行離子注入，最后用快速退火方法激活雜質(zhì)。9. PEVCD法為何能在較低溫度淀積氮化硅薄膜。答：采用等離子體技術(shù)，反應(yīng)氣體如SiH4/NH3被等離子化后在較低溫度反應(yīng)、淀積，生長成Si3N4薄膜。10. 磁控濺射主要有哪幾種？特點(diǎn)是什么？答：磁控濺射按電場(chǎng)劃分有直流、中頻和射頻磁控濺射；按可安裝靶的數(shù)量劃分有單靶和多靶；按靶與磁

9、場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)劃分又有同軸型、平面型和S槍型等多種。直流只能濺射導(dǎo)電金屬薄膜；中頻、射頻除可用于濺射導(dǎo)電金屬薄膜還可用于濺射半導(dǎo)體、絕緣體薄膜。單靶只能一次濺射一層薄膜，多靶能一次濺射多層薄膜及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的薄膜。11. 一個(gè)抽速為2000 L/min的工藝泵，不受進(jìn)口處的壓力影響，泵由10m長、直徑為5cm的管道與真空室連接。如果預(yù)期的真空室壓力為1.0Torr，用標(biāo)準(zhǔn)的升每分鐘單位來計(jì)算最大的流出腔體的氣體流量(提示：Q=PS)已知：Sp=2000 L/min，P2=1.0Torr=1/760atm每分鐘最大氣體流量為：Q=PS=1/760×2000=2.63（slm）12. 如果一個(gè)工

10、藝過程依靠對(duì)硅片的離子轟擊，你會(huì)將硅片置于連接腔壁的電極上還是與腔壁隔離的電極上? 答：應(yīng)將硅片置于與腔壁隔離的電極上，這樣可以避免離子轟擊腔壁，造成材料被濺射出來污染反應(yīng)室，離子對(duì)腔壁的轟擊也會(huì)使反應(yīng)室受損。13. 一臺(tái)蒸鍍機(jī)有一個(gè)表面積為5cm2的坩堝，蒸發(fā)行星盤半徑為30cm。試求金的淀積速率為0.1nm/s時(shí)，所需的坩堝溫度。金的密度和原子量分別為18890kgm3和197。已知：A=5cm2，r=30cm，Rd=0.1nm/s，=18890kgm3，MAu=197，原子量單位為1.6606×10-27kg由得：帶入Rd=0.1nm/s ，有0.0694（）由圖8-8常用金屬的平衡蒸氣壓溫度曲線確定，Te125014. 淀積薄膜的應(yīng)力與其淀積溫度有關(guān)嗎？請(qǐng)解釋。答：有關(guān)，薄膜的淀積一般高于室溫，而薄膜和襯底材料的熱膨脹系數(shù)一般也不同，薄膜淀積完成之后，由淀積溫度冷卻到室溫，就會(huì)在在薄膜中產(chǎn)生應(yīng)力。15. 解釋為什么薄膜應(yīng)力與測(cè)量時(shí)薄膜的溫度有關(guān)？為什么？答：薄膜中的應(yīng)力按成因劃分有本征應(yīng)力和非本征應(yīng)力。本征應(yīng)力一般來源于薄膜淀積工藝本身是非平衡過程；非本征應(yīng)力是由薄膜結(jié)構(gòu)之外的因素引起的，最常見的來源是薄膜淀積溫度高于室溫，而通常薄膜和襯底材料的熱膨脹系數(shù)不同，薄膜淀積完成之后，由淀積溫度冷卻到室溫就在薄膜中產(chǎn)生應(yīng)力。