第二章第二章 氧化习题参考答案氧化习题参考答案1主要公式主要公式(2.5) E为杂质在为杂质在 SiO2 中的扩散激中的扩散激活能；活能；D0为表观扩散系数。为表观扩散系数。(2.8) xmin对应用作掩蔽的对应用作掩蔽的 SiO2 层层的最小厚度；的最小厚度； t为杂质在硅中为杂质在硅中达到扩散深度所需时间达到扩散深度所需时间.x = 0.44 x0氧化层厚度氧化层厚度 x0 与消耗掉的与消耗掉的硅厚度硅厚度 x 的关系的关系(2.11a)2x02 + Ax0 = B（t + ）(2.28)SiO2的生长厚度与时间的关的生长厚度与时间的关系式系式(2.29)(2.30)(2.31)(2.32)线性氧化规律线性氧化规律(2.33)(2.34)抛物型氧化规律抛物型氧化规律x02 = B (t + )(2.35)3习题参考答案习题参考答案1.计算在计算在120分钟内，分钟内，920水汽氧化过程中生长的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二氧化硅层的厚度。假定硅片在初始状态时已有1000的氧化的氧化层，参数从下表中，参数从下表中查找。找。硅的氧化系数硅的氧化系数4按照表中数据，在按照表中数据，在920 下，下，um，um2/h，将值，将值代入式（）得代入式（）得由式（）得由式（）得52. 在在某某个个双双极极工工艺艺中中，为为了了隔隔离离晶晶体体管管，需需要要生生长长1m厚厚度度的的场氧氧化化层。由由于于考考虑到到杂质扩散散和和堆堆垛层错的的形形成成，氧氧化化必必须在在1050下下进进行行。如如果果工工艺艺是是在在一一个个大大气气压压下下的的湿湿氧氧气气氛氛中中进进行行，计计算算所所需需的的氧氧化化时时间间。假假定定抛抛物物型型氧氧化化速速率率系系数数与与氧氧化化气气压压成成正正比比，分分别别计计算算在在5个个和和20个个大大气气压下，氧化所需的时间。压下，氧化所需的时间。 抛物速率常数表示为抛物速率常数表示为线性速率常数表示为线性速率常数表示为6表中列出了（表中列出了（111）硅在总压强为）硅在总压强为1大气压下氧化动力学的速大气压下氧化动力学的速率常数的参量，对于（率常数的参量，对于（100）硅，相应值中所有）硅，相应值中所有C2值除以值除以7一个大气压，一个大气压，T=（1050+273）K，k=1.38*10-23, kT因因 x02 + Ax0 = B（t + ）83. 局局部部氧氧化化是是一一种种广广泛泛用用来来提提供供IC芯芯片片中中器器件件之之间间横横向向隔隔离离的的工工艺艺。在在某某些些情情况况下下，希希望望得得到到隔隔离离具具有有比比标标准准LOCOS提提供供的的更更为为平平坦坦的的表表面面，所所以以在在氧氧化化工工序序前前使使用用了了硅硅刻刻蚀蚀工工艺艺，如如图图所所示示。对对左左边边所所示示的的结结构构，在在氧氧化化前前刻刻去去um厚厚的的硅硅，在在1000H2O气气氛氛中中硅硅片片必必须须氧氧化化多多长长时间以便提供右图所示的等平面氧化硅？时间以便提供右图所示的等平面氧化硅？0.5umSi3N4SiO2(100)Si LOCOS 氧化层氧化层Si3N4SiO2(100)Si 9n在热氧化期间生长在热氧化期间生长1um的的SiO2消耗消耗um的硅。因此，填满刻的硅。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，我们需要生长长SiO2的总厚度由下式给出：的总厚度由下式给出：Si3N4SiO2(100)Si 0.5umyn所以，我们需要生长总厚度为所以，我们需要生长总厚度为um的的SiO2。在。在1000 H2O气气氛中，氛中， kT，有：，有：104. 将将一一硅硅片片氧氧化化（x0=200nm），然然后后使使用用标标准准的的光光刻刻和和刻刻蚀蚀工工艺艺技技术术去去掉掉中中心心部部位位的的SiO2，接接着着使使用用N+掺掺杂杂工工序序形形成成如如下下图图所所示示的的结结构构。下下一一步步将将此此结结构构放放在在氧氧化化炉炉中中在在900下下H2O中中氧氧化化。氧氧化化硅硅在在N+区区上上生生长长要要比比在在轻轻掺掺杂杂的的衬衬底底中中快快得得多多。假假设设B/A在在N+区区增增加加到到4X。在在N+区区上上生生长长着着的的氧氧化化硅硅厚厚度度会会不不会会赶赶上上其其他他氧氧化化硅硅厚厚度度呢呢？如如果果会会，何何时时赶赶上上，赶赶上上时时的的厚厚度度是是多多少少？请请使使用用D-G氧化动力学模型。氧化动力学模型。PN+ 0.2um11T=（900+273）K，k=1.38*10-23, kT在非在非N+区区在在N+区区12PN+ um原衬底面原衬底面？x1x2根据上图有根据上图有13145. 在在硅硅片片中中刻刻蚀蚀出出1um宽宽的的槽槽，槽槽的的侧侧面面都都是是（110）平平面面。进进行行斜斜角角注注入入，对对侧侧墙墙掺掺杂杂N+，所所以以线线性性速速率率增增加加到到4倍倍。然然后后将将结结构构在在1100下下的的水水汽汽中中氧氧化化。在在氧氧化化过过程程中中什什么么时时 候候 槽槽 被被 SiO2填填 满满 ？ 假假 设设 氧氧 化化 系系 数数 比比 近近 似似 为为(111:110:100)=(1.68:1.2:1.0).1um（110）侧墙）侧墙（100）衬底）衬底N+15T=（1100+273）K，k=1.38*10-23, kT在非在非N+区区(111)在在N+区区(110)在非在非N+区区(110)16 1um（110）侧墙）侧墙（100）衬底）衬底N+x2x1176. 简述常规热氧化法制备二氧化硅介质薄膜的动力学过程。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，答：硅片在含有氧化剂的高温热氧化过程中，氧化剂穿透初氧化剂穿透初始氧化层向二氧化硅始氧化层向二氧化硅-硅的界面运动并与硅发生反应硅的界面运动并与硅发生反应，其，其介质薄膜生长的动力学过程如下：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氧化剂扩散穿过附面层达到SiO2 表面，流密度为表面，流密度为F1 。2) 氧化剂扩散穿过氧化剂扩散穿过SiO2 层达到层达到SiO2-Si界面，流密度为界面，流密度为F2 。3) 氧化剂在氧化剂在Si 表面与表面与Si 反应生成反应生成SiO2 ，流密度为，流密度为F3 。4) 反应的副产物离开界面。反应的副产物离开界面。187. 二氧化硅介质薄膜对三价和五价化学元素绝对具有二氧化硅介质薄膜对三价和五价化学元素绝对具有 “阻挡阻挡”作用的说法是否正确？为什么？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、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，五价化学元素等杂质。准确地讲，并不是这些杂质进不来，而是而是在一定温度条件下和一定时间条件内，进来的杂质迁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。下来。 因杂质在因杂质在SiO2中的中的扩散速度扩散速度远小于在硅中的扩散速度，远小于在硅中的扩散速度，那么，在那么，在一定厚度一定厚度的的SiO2膜的保护下就能对杂质起到掩蔽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。和硅集成电路得以实现选择扩散的重要因素之一。198. 硅平面工艺中常规高温热氧化工序通常是怎样设置的？科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？学的氧化工序都考虑了哪些因素？ 答：不同热氧化方法的答：不同热氧化方法的SiO2生长速度、质量不同。生长速度、质量不同。 干氧氧化干氧氧化制备制备SiO2膜的速度极慢，但膜的结构致密；膜的速度极慢，但膜的结构致密；水汽水汽氧化氧化制备制备SiO2膜的速度很快，但膜的结构疏松，不可取；膜的速度很快，但膜的结构疏松，不可取；湿氧氧化湿氧氧化制备制备SiO2膜的速度介于前两者之间，膜质量也介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、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。水汽氧化或者湿氧氧化。 常规高温热氧化的工序是常规高温热氧化的工序是干氧干氧(5分钟分钟)-湿氧湿氧(视厚度视厚度而定而定)-干氧干氧(5分钟分钟)的氧化方式，以保证的氧化方式，以保证SiO2表面和表面和Si-SiO2界面的质量界面的质量，同时解决了，同时解决了生长效率生长效率的问题。的问题。20