硅工艺第2章氧化习题参考答案.ppt

1,第二章氧化习题参考答案,2,主要公式,(2.5),E为杂质在SiO2中的扩散激活能；D0为表观扩散系数。,(2.8),xmin对应用作掩蔽的SiO2层的最小厚度；t为杂质在硅中达到扩散深度所需时间.,x=0.44x0,氧化层厚度x0与消耗掉的硅厚度x的关系,(2.11a),3,x02+Ax0=B（t+）,(2.28),SiO2的生长厚度与时间的关系式,(2.29),(2.30),(2.31),(2.32),线性氧化规律,(2.33),(2.34),抛物型氧化规律,x02=B(t+),(2.35),4,习题参考答案,1.计算在120分钟内，920水汽氧化过程中生长的二氧化硅层的厚度。假定硅片在初始状态时已有1000的氧化层，参数从下表中查找。,5,按照表中数据，在920下，A=0.5um，B=0.203um2/h，将值代入式（2.31）得,由式（2.32）得,6,2.在某个双极工艺中，为了隔离晶体管，需要生长1m厚度的场氧化层。由于考虑到杂质扩散和堆垛层错的形成，氧化必须在1050下进行。如果工艺是在一个大气压下的湿氧气氛中进行，计算所需的氧化时间。假定抛物型氧化速率系数与氧化气压成正比，分别计算在5个和20个大气压下，氧化所需的时间。,抛物速率常数表示为,线性速率常数表示为,7,表中列出了（111）硅在总压强为1大气压下氧化动力学的速率常数的参量，对于（100）硅，相应值中所有C2值除以1.68,8,一个大气压，T=（1050+273）K，k=1.38*10-23,kT=0.114eV,因x02+Ax0=B（t+）,9,3.局部氧化是一种广泛用来提供IC芯片中器件之间横向隔离的工艺。在某些情况下，希望得到隔离具有比标准LOCOS提供的更为平坦的表面，所以在氧化工序前使用了硅刻蚀工艺，如图所示。对左边所示的结构，在氧化前刻去0.5um厚的硅，在1000H2O气氛中硅片必须氧化多长时间以便提供右图所示的等平面氧化硅？,10,在热氧化期间生长1um的SiO2消耗0.44um的硅。因此，填满刻蚀槽中的生长氧化硅将消耗一额外厚度的硅，我们需要生长SiO2的总厚度由下式给出：,所以，我们需要生长总厚度为0.89um的SiO2。在1000H2O气氛中，kT=0.1098eV，有：,11,4.将一硅片氧化（x0=200nm），然后使用标准的光刻和刻蚀工艺技术去掉中心部位的SiO2，接着使用N+掺杂工序形成如下图所示的结构。下一步将此结构放在氧化炉中在900下H2O中氧化。氧化硅在N+区上生长要比在轻掺杂的衬底中快得多。假设B/A在N+区增加到4X。在N+区上生长着的氧化硅厚度会不会赶上其他氧化硅厚度呢？如果会，何时赶上，赶上时的厚度是多少？请使用D-G氧化动力学模型。,12,T=（900+273）K，k=1.38*10-23,kT=0.1012eV,在非N+区,在N+区,13,P,N+,0.2um,原衬底面,？,？,x1,x2,根据上图有,14,15,5.在硅片中刻蚀出1um宽的槽，槽的侧面都是（110）平面。进行斜角注入，对侧墙掺杂N+，所以线性速率增加到4倍。然后将结构在1100下的水汽中氧化。在氧化过程中什么时候槽被SiO2填满？假设氧化系数比近似为(111:110:100)=(1.68:1.2:1.0).,16,T=（1100+273）K，k=1.38*10-23,kT=0.1184eV,在非N+区(111),在N+区(110),在非N+区(110),17,1um,（110）侧墙,（100）衬底,N+,x2,x1,18,6.简述常规热氧化法制备二氧化硅介质薄膜的动力学过程。答：硅片在含有氧化剂的高温热氧化过程中，氧化剂穿透初始氧化层向二氧化硅-硅的界面运动并与硅发生反应，其介质薄膜生长的动力学过程如下：1)氧化剂扩散穿过附面层达到SiO2表面，流密度为F1。2)氧化剂扩散穿过SiO2层达到SiO2-Si界面，流密度为F2。3)氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO2，流密度为F3。4)反应的副产物离开界面。,19,7.二氧化硅介质薄膜对三价和五价化学元素绝对具有“阻挡”作用的说法是否正确？为什么？答：客观上，给人们的印象是氧化硅介质膜可阻挡三、五价化学元素等杂质。准确地讲，并不是这些杂质进不来，而是在一定温度条件下和一定时间条件内，进来的杂质迁移速度由于处在网络形成的状态下，十分缓慢或几乎停顿下来。因杂质在SiO2中的扩散速度远小于在硅中的扩散速度，那么，在一定厚度的SiO2膜的保护下就能对杂质起到掩蔽作用，该掩蔽作用是相对的、有条件的。这也是硅晶体管和硅集成电路得以实现选择扩散的重要因素之一。,20,8.硅平面工艺中常规高温热氧化工序通常是怎样设置的？科学的氧化工序都考虑了哪些因素？答：不同热氧化方法的SiO2生长速度、质量不同。干氧氧化制备SiO2膜的速度极慢，但膜的结构致密；水汽氧化制备SiO2膜的速度很快，但膜的结构疏松，不可取；湿氧氧化制备SiO2膜的速度介于前两者之间，膜质量也介于两者之间。在实际生产中，可根据需要选择干氧氧化、水汽氧化或者湿氧氧化。常规高温热氧化的工序是干氧(5分钟)-湿氧(视厚度而定)-干氧(5分钟)的氧化方式，以保证SiO2表面和Si-SiO2界面的质量，同时解决了生长效率的问题。,