以下是我們36位同學合作的結果，請大家務必珍惜。23 題 36
1． 分別簡述rvd和gild的原理，它們的優缺點及應用方向。
答：快速氣相摻雜(rvd, rapid vapor-phase doping)是一種摻雜劑從氣相直接向矽中擴散、並能形成超淺結的快速摻雜工藝。原理是利用快速熱處理過程(rtp)將處在摻雜劑氣氛中的矽片快速均勻地加熱至所需要的溫度，同時摻雜劑發生反應產生雜質院子，雜質原子直接從氣態轉變為被矽表面吸附的固態，然後進行固相擴散，完成摻雜目的。
rvd技術的優勢（與離子注入相比，特別是在淺結的應用上）：rvd技術並不受注入所帶來的一些效應的影響，如：溝道效應、晶格損傷或使矽片帶電。
rvd技術的劣勢：對於選擇擴散來說，採用rvd工藝仍需要掩膜。另外，rvd仍然要在較高溫度下完成。雜質分布是非理想的指數形式，類似固態擴散，其峰值處於表面處。
應用方向：主要應用在ulsi工藝中，例如對dram中電容的摻雜，深溝側牆的摻雜，甚至在cmos淺源漏結的製造中也採用rvd技術。
氣體浸沒雷射摻雜(gild：gas immersion laser doping)的工作原理：使用雷射器照射處於氣態源中的矽表面，使矽表面因吸收能量而變為液體層，同時氣態摻雜源由於熱解或光解作用產生雜質原子，雜質原子通過液相擴散進入很薄的矽液體層，當雷射照射停止後，摻有雜質的液體層通過固相外延轉變為固態結晶體，從而完成摻雜。
gild的優點：雜質在液體中的擴散速度非常快，使得其分布均勻，因而可以形成陡峭的雜質分布形式。由於有再結晶過程，所以不需要做進一步的熱退火。
摻雜僅限於表面，不會發生向內擴散，體內的雜質分布沒有任何擾動。可以用雷射束的能量和脈衝時間決定矽表面融化層的深度。在乙個系統中相繼完成摻雜，退火和形成圖形，極大簡化了工藝，降低系統的工藝裝置成本。
gild的缺點：整合工藝複雜，技術尚不成熟。
gild的應用：mos與雙極器件的製造，可以製備突變型雜質分布，超淺深度和極低的串聯電阻。
2． 積體電路製造中有哪幾種常見的擴散工藝？各有什麼特點？
答：按照原始擴散雜質源在室溫下的相態可將擴散分為三類：固態源擴散，液態源擴散與氣態源擴散。
(1) 固態源擴散：常見的主要有開管擴散、箱法擴散和塗源法擴散
a.開管擴散是把雜質源和矽片分開放置在擴散爐管中，通過惰性氣體將雜質蒸汽輸運只矽片表面。其特點是溫度對雜質濃度和雜質分布有著直接的影響，重複性與穩定性都很好。
b.箱法擴散是把雜質源和矽片壯在由石英或者矽做成的箱內，在氮氣或氬氣的保護下進行擴散。其特點是擴散源多為雜質的氧化物，箱子具有一定的密閉性。
含有雜質的蒸汽與矽表面反應，形成含有雜質的薄氧化層，雜質由氧化層直接向矽內擴散。其矽表面濃度基本由擴散溫度下雜質在矽中的固溶度決定，均勻性較好。
c.塗源法擴散是把溶於溶劑的雜質源直接塗在待擴散的矽片表面，在高溫下由遁形其他保護進行擴散。其特點是雜質源一般是雜質的氧化物或者雜質的氧化物與惰性氧化物的混合物，當溶劑揮發後在矽表面形成一層雜質源。
這種方法的表面濃度難以控制，且不均勻。可以通過旋轉塗源工藝或化學氣象澱積法改善。
(2)液態源擴散是使用攜帶氣體通過液態源，把雜質源蒸汽帶入擴散爐管。其特點是載氣除了通過攜帶雜質氣體進入擴散爐內之外，還有一部分直接進入爐管，起到稀釋和控制濃度作用。為了保證穩定性和重複性，源溫一般控制在零攝氏度。
其優點是系統簡單，操作方便，成本低，效率高，重複性和均勻性好。
(3)氣態源擴散是直接將雜質氣體通入爐管進行摻雜，除了氣態雜質外，有時還需通入稀釋氣體或者雜質源進行化學反應所需要的氣體。其特點是氣態雜質源多為雜質的氫化物或鹵化物，毒性很大，且易燃易爆。氣態雜質源一般先在矽表面進行化學反應生成摻雜氧化層，雜質再由氧化層向矽中擴散。
①交換式：兩相鄰原子由於有足夠高的能量，互相交換位置。
②空位式：由於有晶格空位，相鄰原子能移動過來。
③填隙式：在空隙中的原子擠開晶格原子後佔據其位，被擠出的原子再去擠出其他原子。
④在空隙中的原子在晶體的原子間隙中快速移動一段距離後，最終或佔據空位，或擠出晶格上原子佔據其位。
以上幾種形式主要分成兩大類：①替位式擴散；②填隙式擴散。
替位式擴散
主要包括交換式（所需能量高）和空位式（所需能量低，更容易發生）
如果替位雜質的近鄰沒有空位．則替位雜質要運動到近鄰晶格位置上，就必須通過互相換位才能實現。這種換位會引起周圍晶格發生很大的畸變，需要相當大的能量，因此只有當替位雜質的近鄰晶格上出現空位，替位式擴散才比較容易發生。
填隙型擴散
擠出機制：雜質在運動過程中 「踢出」晶格位置上的矽原子進入晶格位置，成為替位雜質，被「踢出」矽原子變為間隙原子；
frank-turnbull機制：也可能被 「踢出」的雜質以間隙方式進行擴散運動。當它遇到空位時可被俘獲，成為替位雜質。
氧化增強擴散(oed)機理
矽氧化時，在si-sio2介面附近產生了大量的填隙si原子，這些過剩的填隙si原子在向矽內擴散的同時，不斷與空位復合，使這些過剩的填隙si原子的濃度隨深度而降低。在表面附近，過剩的填隙si原子可以和替位b相互作用，從而使原來處於替位的b變為填隙b。當填隙b的近鄰晶格沒有空位時，填隙b就以填隙方式運動；如果填隙b的近鄰晶格出現空位時，填隙b又可以進入空位變為替位b。
這樣，雜質b就以替位-填隙交替的方式運動，其擴散速度比單純的替位式擴散要快。而在氮化矽保護下的矽不發生氧化，這個區域中的雜質擴散只能通過空位機制進行擴散，所以氧化區正下方b的擴散結深大於氮化矽保護區正
下方的擴散結深。磷在氧化氣氛中的擴散也被增強，其機制與硼相同。
氧化阻滯擴散機理
用銻代替硼的擴散實驗表明，氧化區正下方銻的擴散結深小於氮化矽保護區下方的擴散結深，說明在氧化過程中銻的擴散被阻滯。這是因為控制銻擴散的主要機制是空位。在氧化過程中，所產生的過剩間隙矽原子在向矽內擴散的同時，不斷地與空位復合，使空位濃度減小，從而降低了銻的擴散速度。
費克第一定律
c 雜質濃度
d 擴散係數(單位為cm2/s)
j 材料淨流量（單位時間內流過單位面積的原子個數）
解釋：如果在乙個有限的基體中雜質濃度c(x, t)存在梯度分布，則雜質
將會產生擴散運動，雜質的擴散流密度 j 正比於雜質濃度梯度 c/ x，比
例係數d定義為雜質在基體中的擴散係數。
1、雜質的擴散方向是使雜質濃度梯度變小。如果擴散時間足夠長，則雜質分布逐漸變得均勻。
2、當濃度梯度變小時，擴散減緩。
3、d依賴於擴散溫度、雜質的型別以及雜質濃度等。
菲克第二定律
如果假設擴散係數d為常數，這種假設在低雜質濃度情況下是正確的，則得
解釋： 菲克第二定律即為一維擴散方程
沿擴散方向，從x到x+δx，面積為δs的乙個小體積元內的雜質數量隨時間的變化情況。設在小體積元δv=δxδs內的雜質分布是均勻的。體積元內的雜質濃度為c(x, t)，經過δt時間，該體積元內雜質變化量為，雜質在x處的擴散流密度分別為j(x,t)則在δt時間內通過x處和x+δx處的雜質流量差為 ，假設體積元內的雜質不產生也不消失，可得代入第一定律方程則得到第二方程。
即雜質在材料中沿某一方向濃度隨時間變化率是由於擴散所引起的。
由於p2o5的晶粒較大，因此主要形成b類分布
主要特點：（1）、雜質分布形式：在表面濃度cs一定的情況下，擴散時間越長，雜質擴散的就越深，擴到矽內的雜質數量也就越多。
（2）、結深：
（3）、雜質濃度梯度：
有限表面源：
主要特點（1）、雜質分布形式：與恆定表面源擴散不同，有限表面源擴散的表面濃度cs隨時間而降低：，擴散溫度相同時，擴散時間越長，雜質擴散的越深，表面濃度越低。
擴散時間相同時，擴散溫度越高，雜質擴散的越深，表面濃度下降越多。
（2）、結深：，對於有限源擴散來說，擴散時間較短時，結深xj將隨(dt)1/2的增加而增加。在雜質分布形式相同的情況下，cb越大，結深越淺。
（3）雜質濃度梯度：任意位置的雜質濃度
pn結處的雜質濃度：
雜質濃度梯度將隨擴散結深的增加而減小。
7什麼是兩步擴散工藝，其兩步擴散的目的分別是什麼？
兩步擴散：採用兩種擴散結合的方式
第一步稱為預擴散或者預澱積：在較低溫度下，採用恆定表面源擴散方
式。在矽片表面擴散一層數量一定，按餘誤差函式形式分布的雜質。由
於溫度較低，且時間較短，雜質擴散的很淺，可認為雜質是均勻分布在
一薄層內，目的是為了控制擴散雜質的數量。
第二步稱為主擴散或者再分布：將由預擴散引入的雜質作為擴散源，在
較高溫度下進行擴散。主擴散的目的是為了控制表面濃度和擴散深度。
兩步擴散後的雜質最終分布形式：主擴散起決定作用，雜質基本按高斯函式分布。
（1），當q變成3q時，t為9t
（2）由
可知，cs與(dt)drive-in的關係可表示為
最後表面雜質濃度等於其固溶度cs的1%，
由上述兩式可得：
(dt)drive-in=40000(dt)predop/π
熱氧化法：si與氧或水汽等氧化劑在高溫下發生化學反應生成sio2 。
熱氧化法製備sio2的特點：具有很高的重複性和化學穩定性，其物理性質和化學性質不太受濕度和中等溫度熱處理的影響；降低si表面的懸掛鍵，使表面態密度減小；很好地控制介面陷阱和固定電荷。這些特點對mos器件和其他器件都是至關重要的。
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半導體製造工藝 npn高頻小功率電晶體製造的工藝流程為 外延片 編批 清洗 水汽氧化 一次光刻 檢查 清洗 幹氧氧化 硼注入 清洗 udo澱積 清洗 硼再擴散 二次光刻 檢查 單結測試 清洗 幹氧氧化 磷注入 清洗 鋁下cvd 清洗 發射區再擴散 三次光刻 檢查 雙結測試 清洗 鋁蒸發 四次光刻 檢...
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