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1. 分别简述RVD和GILD的原理，它们的优缺陷及应用方向。
快速气相掺杂(RVD, Rapid Vapor-phase Doping) 运用快速热解决过程(RTP)将处在掺杂剂气氛中的硅片快速均匀地加热至所需要的温度，同时掺杂剂发生反映产生杂质原子，杂质原子直接从气态转变为被硅表面吸附的固态，然后进行固相扩散，完毕掺杂目的。
同普通扩散炉中的掺杂不同，快速气相掺杂在硅片表面上并未形成具有杂质的玻璃层；同离子注入相比(特别是在浅结的应用上)，RVD技术的潜在优势是：它并不受注入所带来的一些效应的影响；对于选择扩散来说，采用快速气相掺杂工艺仍需要掩膜。此外，快速气相掺杂仍然要在较高的温度下完毕。杂质分布是非抱负的指数形式，类似固态扩散，其峰值处在表面处。

气体浸没激光掺杂(GILD: Gas Immersion Laser Doping) 用准分子激光器(308nm) 产生高能量密度(0.5—2.0J/cm2)的短脉冲(20-100ns)激光，照射处在气态源中的硅表面；硅表面因吸取能量而变为液体层；同时气态掺杂源由于热解或光解作用产生杂质原子；通过液相扩散，杂质原子进入这个很薄的液体层，溶解在液体层中的杂质扩散速度比在固体中高八个数量级以上，因而杂质快速并均匀地扩散到整个熔化层中。
当激光照射停止后，已经掺有杂质的液体层通过固相外延转变为固态结晶体。由液体变为固态结晶体的速度非常快。在结晶的同时，杂质也进入激活的晶格位置，不需要近一步退火过程，并且掺杂只发生在表面的一薄层内。
由于硅表面受高能激光照射的时间很短，并且能量又几乎都被表面吸取，硅体内仍处在低温状态，不会发生扩散现象，体内的杂质分布没有受到任何扰动。
硅表面溶化层的深度由激光束的能量和脉冲时间所决定。因此，可根据需要控制激光能量密度和脉冲时间达成控制掺杂深度的目的。

2. 集成电路制造中有哪几种常见的扩散工艺？各有什么优缺陷？
扩散工艺分类：按原始杂质源在室温下的相态分类，可分为固态源扩散，液态源扩散和气态源扩散。
固态源扩散
(1). 开管扩散® 优点：开管扩散的反复性和稳定性都很好。
(2). 箱法扩散 优点；箱法扩散的硅表面浓度基本由扩散温度下杂质在硅中的固溶度决定，均匀性较好。
(3). 涂源法扩散 缺陷：这种扩散方法的表面浓度很难控制，并且又不均匀。
(4). 杂质源也可以采用化学气相淀积法淀积，这种方法的均匀性、反复性都很好，还可以把片子排列很密，从而提高生产效率，其缺陷是多了一道工序。

液态源扩散 液态源扩散优点：系统简朴，操作方便，成本低，效率高，反复性和均匀性都很好。扩散过程中应准确控制炉温、扩散时间、气体流量和源温等。源瓶的密封性要好，扩散系统不能漏气。

气态源扩散 气态杂质源多为杂质的氢化物或者卤化物，这些气体的毒性很大，且易燃易爆，操作上要十分小心。

快速气相掺杂(RVD)
气体浸没激光掺杂(GILD)
3. 杂质原子的扩散方式有哪几种？它们各自发生的条件是什么？从原子扩散的角度举例说明氧化增强扩散和氧化阻滞扩散的机理。
①互换式：两相邻原子由于有足够高的能量，互相互换位置。
②空位式：由于有晶格空位，相邻原子能移动过来。
③填隙式：在空隙中的原子挤开晶格原子后占据其位，被挤出的原子再去挤出其他原子。
④在空隙中的原子在晶体的原子间隙中快速移动一段距离后，最终或占据空位，或挤出晶格上原子占据其位。
以上几种形式重要提成两大类：①替位式扩散；②填隙式扩散。

替位式扩散
假如替位杂质的近邻没有空位．则替位杂质要运动到近邻晶格位置上，就必须通过互相换位才干实现。这种换位会引起周边晶格发生很大的畸变，需要相称大的能量，因此只有当替位杂质的近邻晶格上出现空位，替位式扩散才比较容易发生。

填隙型扩散Ø
挤出机制：杂质在运动过程中 “踢出”晶格位置上的硅原子进入晶格位置，成为替位杂质，被“踢出”硅原子变为间隙原子；
Frank-Turnbull机制：也也许被 “踢出”的杂质以间隙方式进行扩散运动。当它碰到空位时可被俘获，成为替位杂质。

4. 写出菲克第一定律和第二定律的表达式，并解释其含义。
费克第一定律: C 杂质浓度; D 扩散系数(单位为cm2/s)
J 材料净流量（单位时间内流过单位面积的原子个数）
解释：假如在一个有限的基体中杂质浓度C(x, t)存在梯度分布，则杂质将会产生扩散运动，杂质的扩散流密度J 正比于杂质浓度梯度，比例系数D定义为杂质在基体中的扩散系数。
杂质的扩散方向是使杂质浓度梯度变小。假如扩散时间足够长，则杂质分布逐渐变得均匀。
当浓度梯度变小时，扩散减缓。
D依赖于扩散温度、杂质的类型以及杂质浓度等。
菲克第二定律: ，假设扩散系数D为常数→
5. 以 P2O5为例，多晶硅中杂质扩散的方式及分布情况。
在多晶硅薄膜中进行杂质扩散的扩散方式与单晶硅中的方式是不同的，由于多晶硅中有晶粒间界存在，所以杂质原子重要沿着晶粒间界进行扩散。
重要有三种扩散模式：
①晶粒尺寸较小或晶粒内的扩散较快，以至从两边晶粒间界向晶粒内的扩散互相重叠，形成如图A类分布。
②晶粒较大或晶粒内的扩散较慢，所以离晶粒间界较远处杂质原子很少，形成如图B类分布。
③与晶粒间界扩散相比，晶粒内的扩散可以忽略不计，因此形成如图C类分布。
所以多晶扩散要比单晶扩散快得多，其扩散速度一般要大两个数量级。

6. 分别写出恒定表面源扩散和有限表面源扩散的边界条件、初始条件、扩散杂质的分布函数，简述这两种扩散的特点。
恒定表面源扩散（预淀积扩散，predeposition）
在表面浓度Cs一定的情况下，扩散时间越长，杂质扩散的就越深，扩到硅内的杂质数量也就越多。
假如扩散时间为t，那么通过单位表面积扩散到Si片内部的杂质数量Q(t)为：
恒定源扩散，其表面杂质浓度Cs基本上由该杂质在扩散温度(900-1200℃)下的固溶度所决定，在900-1200℃范围内，固溶度随温度变化不大，很难通过改变温度来达成控制表面浓度Cs的目的，这是该扩散方法的局限性之处。

有限表面源扩散（推动扩散，drive-in）

杂质分布形式
散温度相同时，扩散时间越长，杂质扩散的越深，表面浓度越低。

扩散时间相同时，扩散温度越高，杂质扩散的越深，表面浓度下降越多。

与恒定表面源扩散不同，有限表面源扩散的表面浓度Cs随时间而减少：

7. 什么是两步扩散工艺，其两步扩散的目的分别是什么？
实际的扩散温度一般为900-1200℃，在这个温度范围内，杂质在硅中的固溶度随温度变化不大，采用恒定表面源扩散很难通过改变温度来控制表面浓度，并且很难得到低表面浓度的杂质分布形式。
两步扩散：采用两种扩散结合的方式。
第一步称为预扩散或者预淀积：在较低温度下，采用恒定表面源扩散方式。在硅片表面扩散一层数量一定，按余误差函数形式分布的杂质。由于温度较低，且时间较短，杂质扩散的很浅，可认为杂质是均匀分布在一薄层内，目的是为了控制扩散杂质的数量。
第二步称为主扩散或者再分布：将由预扩散引入的杂质作为扩散源，在较高温度下进行扩散。主扩散的目的是为了控制表面浓度和扩散深度。
两步扩散后的杂质最终分布形式： D预t预<<D主t主，主扩散起决定作用，杂质基本按高斯函数分布。

8. 假设进行一次受固溶度限制的预淀积扩散，从掺杂玻璃源引入的杂质总剂量为Q cm-2。
（1）假如这次预淀积进行了总共t分钟，若预淀积温度不变，引入3Q cm-2的杂质需要多长时间？
（2）预淀积后再进行推动扩散，规定推动的杂质足够深，使得最后表面杂质浓度等于其固溶度Cs的1%。若已知预淀积过程中的(Dt)predop，推导出推动扩散过程中(Dt)drive-in的表达式。

9. 简述几种常用的氧化方法及其特点。
制备SiO2的方法有很多，热分解淀积、溅射、真空蒸发、阳极氧化法、化学气相淀积、热氧化法等。热生长法制备的SiO2质量好，是集成电路的重要工艺之一。

热氧化法：Si与氧或水汽等氧化剂在高温下发生化学反映生成SiO2。
热氧化法制备SiO2的特点：
具有很高的反复性和化学稳定性，其物理性质和化学性质不太受湿度和中档温度热解决的影响；
减少Si表面的悬挂键，使表面态密度减小；
很好地控制界面陷阱和固定电荷。
(1).干氧氧化 在高温下，氧气与硅反映生成SiO2。
氧化温度为900-1200℃，为了防止外部气体的玷污，炉内气体压力应比一个大气压稍高些，可通过气体流速来控制。
优点：结构致密、干燥、均匀性和反复性好，掩蔽能力强，与光刻胶黏附好，目前制备高质量的SiO2薄膜基本上都是采用这种方法。
缺陷：干氧氧化法的生长速率慢，所以经常同湿氧氧化方法相结合生长SiO2 。+
(2).水汽氧化 在高温下，硅与高纯水产生的蒸气反映生成SiO2。
产生的H2分子沿Si-SiO2界面或者以扩散方式通过SiO2层“逃离” 。由于水比氧气在SiO2中有更高的扩散系数和大得多的溶解度，所以水汽氧化的生长速率一般比较高。+
(3). 湿氧氧化 湿氧氧化的氧化剂是通过高纯水的氧气，高纯水一般被加热到95℃左右。通过高纯水的氧气携带一定水蒸气，所以湿氧氧化的氧化剂既具有氧，又具有水汽。 因此，SiO2的生长速率介于干氧和水汽氧化之间，与氧气流量、水汽的含量有着密切关系。
假如水汽含量很少， SiO2的生长速率和质量就越接近于干氧氧化的情况，反之，就越接近水汽氧化情况。
水汽含量与水温和氧气流量有关。氧气流量越大，水温越高，则水汽含量就越大。
氢气和氧气，H2+O2→H2O
采用高温合成技术进行水汽氧化，在这种氧化系统中，氧化剂是由纯氢和纯氧直接反映生成的水汽。
(4).快速热氧化工艺(RTO)
制备深亚微米器件的栅极氧化层，非常薄<30Å

在实际生产中，根据规定选择干氧氧化、水汽氧化或湿氧氧化。对于制备较厚的SiO2层来说，往往采用的是干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式。这种氧化方式既保证SiO2表面和Si-SiO2界面质量，又解决了生长效率的问题。

10. 说明 SiO2的结构和性质，并简述结晶型 SiO2和无定形 SiO2的区别。
结晶形SiO2——由Si-O四周体在空间规则排列构成每个顶角的O原子与两个相邻四周体中心的Si原子形成共价键。
无定形SiO2——Si-O四周体的空间排列没有规律Si-O-Si键桥的角度不固定，在110-180°之间，峰值144°。
无定形SiO2的性质：
² Si-O四周体在空间的排列无规则，大部分O与相邻的两个Si-O四周体的Si形成共价键（称为桥键氧），也有一部分只与一个Si-O四周体的Si形成共价键（称为非桥键氧）；
² 无定形网络疏松、不均匀、有孔洞，SiO2分子约占无定形网络空间体积43%，密度2.15-2.25g/cm3，结晶形SiO2密度为2.65g/cm3；
² 在无定形SiO2网络中，氧的运动(1-2个Si-O键)比Si(4个Si-O键)容易；
² 室温下Si-O键以共价键为主，也具有离子键成份，随温度的升高，离子键成份比例增大。
² 密度：一般为2.20g/cm3（无定形，一般用称量法测量）；
² 折射率：是波长的函数，5500Å左右时为1.46，密度较大则折射率较大；
² 电阻率：高温干氧氧化法制备的SiO2电阻率高达1016Ω·cm；
² 介电强度：单位厚度的SiO2所能承受的最小击穿电压，与致密限度、均匀性、杂质含量等因素有关，一般为106-107V/cm ；
² 化学性质：非常稳定，室温下只与氢氟酸发生反映：

11. 以 P2O5为例说明 SiO2的掩蔽过程。
以P2O5杂质源为例来说明SiO2的掩蔽过程：当 P2O5 与 SiO2 接触时， SiO2 就转变为含磷的玻璃体。
(a) 扩散刚开始，只有靠近表面的SiO2转变为含磷的玻璃体。
(b) 大部分SiO2层已转变为含磷的玻璃体。
(c) 整个SiO2层都转变为含磷的玻璃体。
(d) 在SiO层完全转变为玻璃体后，又经
过一定期间，SiO2层保护的硅中磷已经扩进一定深度。

12. 简述杂质在 SiO2的存在形式及如何调节 SiO2的物理性质。
热氧化层中也许存在各种杂质，某些最常见的杂质是与水有关的化合物，其结构如图所示。假如氧化层在生长中有水存在，一种也许发生的反映是一个氧桥还原为两个氢氧基。
Si:O:Si → Si:O:H + H:O:Si
网络构成者 ——一些杂质会被故意掺入热淀积SiO2中，用来改善它的物理性质和电学特性，例如硼、磷，称为网络构成者，它们可以调节有氧桥和无氧桥的比例，使得SiO2的强度上升或者下降。
当B替代Si之后，顶角上的四个O只有三个O可以同B形成共价键，剩余的一个O因无法与中心的B形成共价键，而变成了非桥键O ，因此SiO2网络中非桥键O增长，强度下降。
当P替代Si之后，与原有的四个O形成共价键，还多余一个价电子，这个多余的价电子还可以与近邻的一个非桥键O形成桥键O ，因此SiO2网络强度增长。
网络改变者——存在于SiO2网络间隙的杂质为网络改变者。一般以离子形式存在，离子半径较大，替代硅的也许性很小。例如Na、K、Pb、Ba等都是网络改变者。
网络改变者往往以氧化物形式进入SiO2中。进入网络之后便离化，并把氧离子交给SiO2网络。+ - -Na2O+ ΞSi-O-SiΞ →Si –O- + O—SiΞ+ 2 Na+
网络中氧的增长，使非桥键氧的浓度增大，SiO2网络的强度减弱。

13. 简述常规热氧化办法制备 SiO2介质薄膜的动力学过程， 并说明在什么情况下氧化过程由反映控制或扩散控制。
迪尔-格罗夫氧化模型可以很好地预测氧化层厚度，热氧化过程重要分为以下三个过程:
(1)氧化剂从气体内部以扩散形式穿过滞留层运动到气体-SiO2界面，其流密度用J1表达。
(2)氧化剂以扩散方式穿过SiO2层，到达 SiO2-Si界面，其流密度用J2表达。
(3)氧化剂在Si表面与Si反映生成SiO2，流密度用J3表达。
当氧化剂在SiO2中的扩散系数DSiO2很小时(D<<kstox)，则得Ci→0，C0→HPg，氧化剂以扩散方式通过SiO2层运动到SiO2-Si界面处的数量很少，与Si立即发生反映生成SiO2 ，在界面处没有氧化剂的堆积，浓度趋于零。因扩散速度太慢，而大量氧化剂堆积在SiO2的表面处，浓度趋向于同气相平衡时的浓度C。此时，SiO2的生长速率重要由氧化剂在SiO2中的扩散速度决定，称为扩散控制。
假如扩散系数DSiO2很大，Ci=C0 =HPg/(1+ks/h)。此时，进入SiO2中的氧化剂快速扩散到SiO2-Si界面处，在界面处氧化剂与Si反映生成SiO2的速率很慢，导致氧化剂在界面处堆积，趋向于SiO2表面处的浓度。此时，SiO2生长速率由Si表面的化学反映速率控制，称为反映控制。

14. 说明影响氧化速率的因素。
1）氧化剂分压 由于平衡情况下，SiO2中氧化剂的浓度C0=HPg，而抛物型速率常数
B=2DSiO2C0/N1，所以气体中的氧化剂分压Pg是通过氧化剂的浓度对速率常数B产生影响，B与Pg成正比关系。A与氧化剂分压无关。
由于B、B/A均与Pg成正比，那么在一定氧化条件下，通过改变氧化剂分压可达成改变二氧化硅生长速率的目的。

2）氧化温度 对抛物线性速率系数B的影响是通过氧化剂在SiO2中扩散系数DSiO2产生的。由B＝2DSiO2C0／N1可知，B与温度之间也是指数关系。
对线性速率系数B/A的影响 线性速率常数B/A与温度的关系如图，对于干氧氧化和水汽氧化都是指数关系，激活能分别为2.00eV和1.96eV，其值接近Si-Si键断裂所需要的1.83eV的能量值，说明支配线性速率常数B/A的重要因素是化学反映常数ks，ks与温度的关系为： ks=ks0exp(-Ea/kT) 其中，ks0为实验常数，Ea为化学激活能。

3）晶向 抛物型氧化速率常数B，与硅衬底晶向无关，这是由于在氧化剂压力一定的条件下，B的大小只与氧化剂在SiO2中的扩散能力有关.
线性氧化速率常数B/A则强烈地依赖于晶面的取向，由于在氧化剂分压不是很低时气相质量输运系数 h>>ks，在这种情况下线性氧化速率常数的大小重要由化学反映常数ks决定，即由硅表面处的原子经化学反映转变为SiO2的速率决定。表面化学反映速率是与硅表面的原子密度，也就是与表面的价键密度有关。(111)面上的硅原子密度比(100)面上大。因此，(111)面上的线性氧化速率常数应比(100)面上大。

4）杂质影响 掺磷/硼
掺氯 在干分子氧中加入少量（1%~3%）卤素可以显著改善SiO2特性: ①加速反映 Si-O键能为4.25eV，Si-Cl键能为0.5eV。氯气与Si反映生成的SiCl4可以与氧气反映生成SiO2，这里氯气起到了催化剂的作用。 ②Cl-可以中和积累在表面的电荷。 ③氯气可以与大多数重金属原子反映生成挥发性的金属氯化物，起到清洁作用。

15. 简述在热氧化过程中杂质再分布的四种也许情况。
假如假设硅中的杂质分布是均匀的，并且氧化气氛中又不具有任何杂质，则再分布有四种也许。
①分凝系数m＜l，且在SiO2中是慢扩散的杂质，也就是说在分凝过程中杂质通过SiO2表面损失的很少，硼就是属于这类。再分布之后靠近界面处的SiO2中的杂质浓度比硅中高，硅表面附近的浓度下降。
②m＜1，且在SiO2中是快扩散的杂质。由于大量的杂质通过SiO2表面跑到气体中去，杂质损失非常厉害，使SiO2中的杂质浓度比较低，但又要保证界面两边的杂质浓度比小于1，使硅表面的杂质浓度几乎降到零，在H2气氛中的硼就属于这种情况。
③m＞1，且在SiO2中慢扩散的杂质。再分布之后硅表面附近的杂质浓度升高，磷就属于这种杂质。
④m＞l，且在SiO2中快扩散的杂质。在这种情况下，虽然分凝系数大于1，但因大量杂质通过SiO2表面进入气体中而损失，硅中杂质只能不断地进入SiO2中，才干保持界面两边杂质浓度比等于分凝系数，最终使硅表面附近的杂质浓度比体内还要低，镓就是属于这种类型的杂质。
对于m＝1，并且也没有杂质从SiO2表面逸散的情况，热氧化过程也同样使硅表面杂质浓度减少。这是由于一个体积的硅通过热氧化之后转变为两个多体积的SiO2，由此，要使界面两边具有相等的杂质浓度(m＝1)，那么杂质必然要从高浓度硅中向低浓度SiO2中扩散，即硅中要消耗一定数量的杂质，以补偿增长的SiO2体积所需要的杂质。

16. 一片硅片由 0.3um厚的 SiO2薄膜覆盖。所需数据见下表，玻尔兹曼常数 k=1.38×10-23。
（1）在 1200℃下，采用 H2O 氧化，使厚度增长 0.5um 需要多少时间？。
（2）在 1200℃下，采用干氧氧化，增长同样的厚度需要多少时间？
氧化工艺
B
B/A
干氧
C1=7.72*102μm2h-1; E1=1.23eV
C2=6.23*106μm2 h-1; E2= 2.0eV
湿氧
C1=2.14*102μm2 h-1; E1=0.71 eV
C2=8.95*107μm2 h-1; E2=2.05eV
H2O
C1=3.86*102μm2 h-1; E1=0.78 eV
C2=1.63*108μm2 h-1; E2=2.05 eV

10. Si-SiO2界面电荷有哪几种？简述其来源及解决办法。

可动离子电荷Qm Ø来源：重要来源于Na+等网络改变者。
解决办法：为了减少Na+的玷污，可以在工艺过程中采用防止措施涉及
①使用含氯的氧化工艺；
②用氯周期性地清洗管道、炉管和相关的容器；
③使用超纯净的化学物质；
④保证气体及气体传输过程的清洁。此外保证栅材料不受玷污也是很重要的。
氧化层陷阱电荷Qot 来源：在氧化层中有些缺陷能产生陷阱，这些缺陷有：①悬挂键；②界面陷阱；⑤硅-硅键的伸展；④断键的氧原子(氧的悬挂键)；⑤弱的硅-硅键(它们很容易破裂，面表现电学特性)。⑥扭曲的硅-氧键；⑦Si-H和Si-OH键。产生陷阱电荷的方式重要有电离辐射和热电子注入等
解决办法：减少电离辐射陷阱电荷的重要方法有三种：
①选择适当的氧化工艺条件以改善SiO2结构。为抗辐照，氧化最佳工艺条件，常用1000℃干氧氧化。
②在惰性气体中进行低温退火(150-400℃)可以减少电离辐射陷阱。
③采用对辐照不灵敏的钝化层，例如A12O3，Si3N4等。
氧化层固定电荷Qf Ø 来源：通常是由Si-SiO2之间过渡区的结构改变引起的。该区中存在有过剩的硅离子，在氧化过程中与晶格脱开但尚未完全与氧反映。
解决办法：快速退火能有效地减小氧化层固定电荷密度。右图为Deal三角，说明了这种效应。
界面陷阱电荷Qit Ø来源：界面处存在的不完整化合价及不饱和键，使得电子和空穴可以很容易地被俘获。
解决办法：界面态密度与衬底晶向、氧化层生长条件和退火条件密切有关。在相同的工艺条件下、(111)晶向的硅衬底产生的界面态密度最高，(100)晶向的最低。通过采用特殊的退火工艺可以有效减少界面态密度。

11．下图为一个典型的离子注入系统。（1）给出 1~6 数字标记部分的名称，简述其作用。
（2）阐述部件 2 的工作原理。
1.离子源 2.分析磁块 3.加速器 4.中性束闸 5.x&y扫描板 6.法拉第杯

1.离子源
作用：产生注入用的离子
原理：高能电子轰击（电子放电）杂质原子形成注入离子
类型：高频，电子振荡，溅射
气体流入一个放电腔室，热灯丝发射的电子与气体分子碰撞，当能量足够大时，气体分子被离化。
2.质量分析器
作用：将所需离子分选出来
原理：带电离子在磁场中受洛伦磁力作用，运动轨迹发生弯曲
由离子源引出的离子流具有各种成分，其中大多数是电离的，在BF3的例子中，我们需要仅仅拣选出B+，这样的过程通常由一个分析磁铁完毕。离子束进入一个低压腔体内，该腔体内的磁场方向垂直于离子束的速度方向，运用磁场对荷质比不同的离子产生的偏转作用大小不同，最后在特定位置采用一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。
3.加速器
作用：使离子获得所需的能量。
原理：运用强电场，使离子获得更大的速度
加速器的重要作用是使离子增长离子能量可以达成器件所需要的结深。用一组静电透镜将束聚焦为一个圆斑或长条状，然后束进入一个线性静电加速器，加速器沿加速管的长度方向建立一个电场来改变离子的能量。
4.中性束闸和中性束阱
作用：使中性原子束因直线前进不能达成靶室
原理：用一静电偏转板使离子束偏转5º--8º作用再进入靶室
5.扫描系统
作用：使离子在整个靶片上均匀注入。
方式：①靶片静止，离子束在X,Y方向作电扫描。
②粒子束在Y方向作电扫描，靶片在X方向作机械运动。
③粒子束静止，靶片在X,Y方向作机械运动。
6.法拉第杯
作用：收集束流测量注入剂量
原理：收集到的束流对时间进行积分得到束流的大小信息

12. 离子在靶内运动时，损失能量可分核阻滞和电子阻滞，解释什么是核阻滞、电子阻滞？两种阻滞本领与注入离子能量具有何关系？
① 碰撞 注入离子与靶内原子核之间的互相碰撞。因注入离子与靶原子的质量一 般为同一数量级，每次碰撞之后，注入离子都也许发生大角度的散射，并失去一定的能量。
② 子碰撞 注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的碰撞，这种碰撞能瞬时地形成电子-空穴对。由于两者的质量相差非常大(104)，每次碰撞中，注入离子的能量损失很小，并且散射角度也非常小，也就是说每次碰撞都不会改变注入离子的动量，虽然通过多次散射，注入离子运动方向基本不变。
在一级近似下，核阻止本领与能量无关；电子阻止本领与能量的平方根成正比。

13. 采用无定形掩膜的情况下进行注入，若掩蔽膜/衬底界面的杂质浓度减少至峰值浓度的1/10000，掩蔽膜的厚度应为多少？用注入杂质分布的射程和标准偏差写出表达式。
无定形靶内的纵向浓度分布可用高斯函数表达：

其中，Rp为投影射程，ΔRp为投影射程的标准偏差，φ为剂量。以上为浓度与深度的函数变化关系。由于离子注入过程的记录特性，离子也有穿透掩蔽膜边沿的横向散射，因此分布应考虑为二维的，既有横向也有纵向的标准偏差。
射程估算：
假如注入离子能量比Ec大很多，则离子在靶内重要以电子阻止形式损失能量，可按下式估算射程：R≈
假如注入离子的能量E<<E c，离子在靶内重要以核阻止形式损失能量，则得射程R的表达式为：R≈

14. As 注入到轻掺杂的 P 型 Si 衬底内，能量 75eV，剂量为 1×1014cm-2。硅片相对于离子束做 7°倾斜，使其貌似非晶。假设对注入区进行快速退火，结果得到了完全的电激活，其峰值电子浓度为多少？所需参数可参考下图。

15. 什么是离子注入的横向效应？同等能量注入时，As和 B 哪种横向效应更大?为什么？
横向效应：注入的离子在垂直于入射方向平面内的分布情况。
横向效应与注入离子的种类和离子能量有关。B的横向效应更大，由于质量小的离子速度更高，与靶材原子作用时间短。

16. 什么是离子分布的偏斜度和峭度，和标准高斯分布有什么区别？
非对称性常用偏斜度γ(skewness)表达 ：γ=，γ为负值表白杂质分布在表面一侧的浓度增长，即x＜Rp区域浓度增长。
畸变用峭度β(kurtosis)表达：β=，峭度越大，高斯曲线的顶部越平，标准高斯曲线的峭度为3。
LSS的理论是呈标准的高斯分布，不同的杂质会不同限度地偏离对称的高斯分布。如图中所示。

17. 热退火用于消除离子注入导致的损伤，温度要低于杂质热扩散的温度，然而，杂质纵向分布仍会出现高斯展宽与拖尾现象，解释其因素。
ü 离子注入后会对晶格导致简朴晶格损伤和非晶层形成；
ü 损伤晶体空位密度大于非损伤晶体，且存在大量间隙原子和其他缺陷，使扩散系数增大，扩散效应增强；
故，虽然热退火温度低于热扩散温度，但杂质的扩散也是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现象。

18. 什么是离子注入中常发生的沟道效应（Channeling）和临界角？如何避免沟道效应？
沟道效应：对晶体靶进行离子注入，当离子速度方向平行于主晶轴时，将很少受到核碰撞，离子将沿沟道运动，注入深度很深。
由于沟道效应，使注入离子浓度的分布产生很长的拖尾，对于轻原子注入到重原子靶时，拖尾效应特别明显。
解决办法：
A. 偏离轴注入，采用7°的倾斜角，但并不能完全消除沟道效应。
B. 注入前破坏晶格结构，使用Si、F或Ar离子注入完毕硅的预非晶化。
C. 使用薄的屏蔽氧化层，使离子进入晶体前的速度方向无序化，但会将部分氧注入晶体。
（1）偏轴注入：一般选取5°～7°倾角，入射能量越小，所需倾角越大
（2）衬底非晶化预解决：进行一次高剂量Ar+注入，使硅表面非晶化
（3）非晶层散射：表面生长200～250Å二氧化硅(Screen Oxide) ，使入射离子进入硅晶体前方向无序化
（4）注入杂质的自非晶化效应：重杂质(As)，高剂量注入。

19. 什么是固相外延（SPE）及固相外延中存在的问题?
固相外延是指半导体单晶上的非晶层在低于该材料的熔点或共晶点温度下外延再结晶的过程。
固相外延存在问题——射程末端缺陷EOR
高剂量注入促使硅非晶化，而稳定的位错环是高剂量注入的一个突出特点，非晶区以固相外延方式生长后，位错环的最大浓度在非晶和晶体硅的界面。这些位于最初的非晶/单晶（a/c）界面的缺陷称为射程末端(EOR,End-of-Range)缺陷。形成射程末端缺陷的因素在于a/c界面的一侧有大量的非晶化阈值损伤。
若位错环位于PN结耗尽区附近，会产生大的漏电流。位错环与金属杂质结合时更严重。p
选择的退火过程应当可以产生足够的杂质扩散，使位错环处在高掺杂区，同时又被阻挡在器件工作时的耗尽区之外。

20. 简述硼和磷的退火特性。
P
Si

硼退火特性 电激活比例:自由载流子数p和注入剂量Ns的比
对于低剂量的情况，随退火温度上升，电激活比例增大。
对于高剂量情况，可以把退火温度分为三个区域：
在区域I中，随退火温度上升，点缺陷的移动能力增强，因此间隙硼和硅原子与空位的复合几率增长，使点缺陷消失，替位硼的浓度上升，电激活比例增长，自由载流子浓度增大。
当退火温度在500-600℃的范围内，点缺陷通过重新组合或结团，减少其能量。由于硼原子非常小，和缺陷团有很强的作用，很容易迁移或被结合到缺陷团中，处在非激活位置，因而出现随温度的升高而替位硼的浓度下降的现象，也就是自由载流子浓度随温度上升而下降的现象（逆退火特性）。
在区域Ⅲ中，硼的替位浓度以接近于5eV的激活能随温度上升而增长，这个激活能与升温时Si自身空位的产生和移动的能量一致。产生的空位向间隙硼处运动，因而间隙硼就可以进入空位而处在替位位置，硼的电激活比例也随温度上升而增长。
实际退火条件，要根据注入时靶温、注入剂量及对材料性能的规定来选择。注入剂量低，不发生逆退火现象，退火温度不需要太高。1012/cm2，800度，几分钟。
室温注入与靶温较高时注入时，产生非晶区的临界剂量不同，退火规定也不同。

磷退火特性
图中虚线所表达的是损伤区还没有变为非晶层时的退火性质，实线则表达非晶层的退火性质。
对于1X1015/cm2和5X1015/cm2时所形成的非晶层，退火温度在600℃左右，低于剂量为1014左右没有形成非晶层时的退火温度，这是由于两种情况的退火机理不同。
非晶层的退火效应是与固相外延再生长过程相联系的，在再生长过程中，V族原子事实上与硅原子是难以区分，被注入的V族原子P在再结晶过程中与硅原子同样，同时被结合到晶格位置上。

21. 简述 RTP设备的工作原理，相对于传统高温炉管它有什么优势？
RTP工艺是一类单片热解决工艺，其目的是通过缩短热解决时间和温度或只缩短热解决时间来获得最小的工艺热预算（Thermal Budget）。
RTP工艺的发展，是为了适应等比例缩小器件结构对杂质再分布的严格规定；最早的RTP工艺重要用于注入后的退火。
目前，RTP工艺的应用范围已扩展到氧化、化学气相淀积和外延生长等领域。杂质的再分布问题
随着器件等比例缩小到深亚微米阶段，源、漏区的PN结结深规定做得非常浅。
离子注入后的杂质，必须通过足够高温度下的热解决，才干具有电活性，同时消除注入损伤。
传统的高温炉管工艺，由于升、降温缓慢和热解决时间长，从而导致热解决过程中杂质的再分布问题严重，难以控制PN结结深。
最早的RTP工艺，就是为了离子注入后退火而开发的。

RTP设备与传统高温炉管的区别
Ø 加热元件：RTP 采用加热灯管，传统炉管采用电阻丝硅片
Ø 温度控制：传统炉管运用热对流及热传导原理，使硅片与整个炉管周边环境达成热平衡，温度控制精确；而RTP设备通过热辐射选择性加热硅片，较难控制硅片的实际温度及其均匀性。
Ø 升降温速度：RTP设备的升、降温速度为10-200 ℃/秒，而传统炉管的升、降温速度为5-50 ℃/分钟。
Ø 传统炉管是热壁工艺，容易淀积杂质；RTP 设备则是冷壁工艺，减少了硅片沾污。
Ø 生产方式：RTP 设备为单片工艺，而传统炉管为批解决工艺。
Ø 传统炉管的致命缺陷是热预算大，无法适应深亚微米工艺的需要；而RTP设备能大幅减少热预算。

22. 简述 RTP在集成电路制造中的常见应用。
1) 杂质的快速热激活
RTP工艺最具吸引力的的热点之一是晶圆片不用达成热平衡状态，意味着电活性的有效掺杂事实上可以超过固溶度限制。
例如，对砷进行数毫秒的退火，它的激活浓度可达成3×1021左右，大约是其固溶度的10倍。由于，在短时间的退火过程中，砷原子没有足够的时间来形成聚团并凝聚成无活性的缺陷。
2) 介质的快速热加工
快速热氧化(RTO)可以在合适的高温下通过精确控制的气氛来实现短时间生长薄氧层。（干氧方法）
RTO生长的氧化层具有很好的击穿特性，电性能上坚固耐用。
由于不均匀温度分布产生的晶圆片内的热塑应力影响了RTO的均匀性。
若适当冷却反映腔壁，可以用作冷壁工艺，防止腔壁污染后续工艺。
3) 硅化物和接触的形成
快速热解决也经常被用于形成金属硅化物接触，其可以仔细控制硅化反映的温度和环境气氛，以尽量减少杂污染，并促使硅化物的化学配比和物相达成最抱负的状态。
形成阻挡层金属也是RTP在Si技术中的一个应用，这些导电的阻挡层金属可以阻止硅衬底和用于器件互联的Al基合金之间的互扩散。
此外RTP还可以在GaAs工艺中用于接触的形成，淀积一层金锗混合物并进行热退火，可以在N型GaAs材料上形成低阻的欧姆接触。

23. 对 RTP来说，很难在高温下解决大直径晶圆片而不在晶圆片边沿导致热塑应力引起的滑移。分析滑移产生的因素。假如温度上升速度加快后，滑移现象变得更为严重，这说明晶圆片表面上的辐射分布是如何的？
硅片热不均匀的因素
三个因素导致硅片的热不均匀问题（硅片边沿温度比中心低）：
Ø圆片边沿接受的热辐射比圆片中心少
Ø圆片边沿的热损失比圆片中心大
Ø气流对圆片边沿的冷却效果比圆片中心好
边沿效应导致的温度梯度通常在几十甚至上百度，不仅导致热解决工艺的不均匀，且也许导致滑移等缺陷和硅片的翘曲。

24. 物理气相淀积最基本的两种方法是什么？简述这两种方法制备薄膜的过程。
物理气相淀积:蒸发Evaporation、溅射Sputtering
热蒸发法：在真空条件下，加热蒸发源，使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸气流并入射到衬底表面，凝结形成固态薄膜。
溅射概念与机理：基本原理，真空腔中有一个平行板等离子体反映器，非常类似于简朴的反映离子刻蚀系统。
将靶材放置在具有最大离子电流的电极上，高能离子将所要淀积的材料从靶材中轰击出来。靶与晶圆片相距十分近（小于10cm），出射原子大部分能被晶圆所收集。

25. 热蒸发法淀积薄膜的淀积速率与哪些因素有关？淀积速率的测量采用什么办法？简述其工作原理。
淀积速率与蒸发材料 温度 腔体形状等因素有关。
淀积速率通常用石英晶体速率指示仪测量。所用器件为一个谐振板，它可以在谐振频率下振荡，工作时测量其振荡频率。
原理：由于晶体顶部有材料蒸发淀积，所外加的质量将使得频率偏移，由测得的频率移动可得出淀积速率。
淀积足够厚的材料后，谐振频率会移动几个百分点，振荡器便会失效，不再出现锋利谐振。
将频率测量系统的输出与机械挡板的控制相连，淀积层厚度可以在很宽的淀积速率范围内得到很好的控制。
同时可以将淀积厚度的时间速率变化反馈给坩埚的温度控制，以得到恒定的淀积速率。

26. 什么是溅射产额，其影响因素有哪些？简述这些因素对溅