硅工艺第2章-氧化习题参考答案

1第二章氧化习题参考答案2主要公式kTEDDSiOexp02(2.5)E为杂质在SiO2中的扩散激活能；D0为表观扩散系数。tDxSiO26.4min(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)3x02+Ax0=B（t+）(2.28)SiO2的生长厚度与时间的关系式)/1/1(22hkDAsSiO1*22NCDBSiOBAxxii2(2.29)(2.30)(2.31)14/1220BAtAx(2.32)线性氧化规律)(0tABx(2.33)1*NChkhkABss(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1000Å的氧化层，参数从下表中查找。硅的氧化系数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hhmmmmmBAxxii295.0/203.01.05.01.01.022由式（2.32）得mBAtAx48.014/122062.在某个双极工艺中，为了隔离晶体管，需要生长1μm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)/exp(11kTECB)/exp(/22kTECAB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气氛BB/A干氧C1=7.72*102um2h-1C2=6.23*106um2h-1E1=1.23eVE2=2.0eV湿氧C1=2.14*102um2h-1C2=8.95*107um2h-1E1=0.71eVE2=2.05eV水汽C1=3.86*102um2h-1C2=1.63*108um2h-1E1=0.78eVE2=2.05eV8一个大气压，T=（1050+273）K，k=1.38*10-23,kT=0.114eV)/(4223.0)114.0/71.0exp(1014.222hmB)/(3872.1)114.0/05.2exp(1095.8/7hmAB因x02+Ax0=B（t+）)(0889.33872.114223.01/020hABxBxt故ggpABpB,)(6187.05/)5(httatm)(1544.020/)20(httatm93.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1000℃H2O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？0.5umSi3N4SiO2(100)SiLOCOS氧化层Si3N4SiO2(100)Si10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：Si3N4SiO2(100)Si0.5umymyyy39.05.044.0所以，我们需要生长总厚度为0.89um的SiO2。在1000℃H2O气氛中，kT=0.1098eV，有：12232.0)78.0exp(1086.3hmkTeVB1876.0)05.2exp(68.11063.1mhkTeVABhABxBxt65.376.089.032.0)89.0(/2020114.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。PN+0.2um12T=（900+273）K，k=1.38*10-23,kT=0.1012eV)/(1735.0)1012.0/78.0exp(1086.322hmB在非N+区在N+区)/(2598.0)1012.0/05.2exp(1063.1/8hmAB)/(0394.1/*4)/(hmABABNhhBAxxii10004.12598.02.01735.02.02.02mA6678.0mAN1669.0)(13PN+0.2um原衬底面？？x1x22.0)2.0(56.056.012xx根据上图有16426.0113339.014/1221tBAtAx10401.010835.01)4/(12)(22tBAtAxNN14ABxBxt/02004.117.0126.017.0222121xxxx157.012xxht7182.12umx4059.12umx2489.11155.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)].1um（110）侧墙（100）衬底N+16T=（1100+273）K，k=1.38*10-23,kT=0.1184eV)/(5315.0)1184.0/78.0exp(1086.322hmB在非N+区(111)在N+区(110))/(5205.3/*68.12.1/)111()110(hmABAB)/(082.14/*4)/()110(hmABABN在非N+区(110))/(9287.4)1184.0/05.2exp(1063.1/8hmAB171um（110）侧墙（100）衬底N+x2x1ABxBxt/0201453.05.353.0222121xxxx156.056.012xxht6621.1umx9198.02umx8659.01186.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。197.二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。208.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。