2 pages. 麻省理工学离 Closed 3155J6.152」 微电子工艺技术 春季课程2003 QuizI 90 min/90 points total Marh192003 z连藏答案减洁圆了，用草图绘出。k=1.3810r2K=8.6210©VK 401.尊膜沉积CVD a简要说明影响在衬底上生长源膜的微观结构的因素可 b)一个CVD工艺用于沉积1200K下P型佳反应方程：： SiH -Si (s)+2H:(g) k =0.1 exp (-E/ksT)cm/s where E=1.0eV D鞋镜=10°cm/s cm坑=10cm3 PHg)>P(s)+3/21h(g) k=2 exp (-E/knT)cm/s where E=1.2eV D璃乾氢=10cm公 c骑化氢=10产cm3 反应中，平均边界层厚度2mm薄膜N=5x102cm3,计算薄生长速率和成分.1S ©)假如气体速率加倍b的结果又如有？句 d向题(b中的CVD工艺常在高压中进行，例如儿Tr简要准测工艺在低压中会怎样，例如儿 mTor范围.[5) 252.扩散 a)一层厚10nmAs沉积在含有均匀的浓度为101cmB的S的表面。假如样品在1000 K退火一小时，计算As新面图（假设Si和As原子一样大Si原子5x102em)[15可 b)写出你得出答案所提出的假设以及根据【0) For As::D。=0.066cm/s:上w=3.4eV ID。=12cm/s:E=4.0eV ForB:D°。=0.037cm/s:E=3.4eV D'。=0.4cm/s:E=3.4cV 253光刻和刻蚀 )用一两句话说明以下两者的不同[10 i焦点深度Resolution系统成像分辨率和光刻胶分并率。 ⅱ正胶和负胶。 ⅲ接近与投影
3.155J/6.152J 微电子工艺技术 春季课程, 2003 Quiz 1 _____________________ 90 min/ 90 points total__________________March 19 2003 z注意: 答案简洁明了，用草图绘出。kB = 1.38 10-23 J/K = 8.62 10-5 eV/K 40 1. 薄膜沉积, CVD a)简要说明影响在衬底上生长薄膜的微观结构的因素 [15] b) 一个CVD工艺用于沉积1200 K下P型硅. 反应方程：: 反应中,平均边界层厚度2 mm.薄膜N = 5x1022 cm-3 . 计算薄膜生长速率和成分. [15] c) 假如气体速率加倍. (b)的结果又如何? [5] d)问题(b)中的CVD工艺常在高压中进行,例如几Torr.简要推测工艺在低压中会怎样,例如几 mTorr范围. [5] 25 2. 扩散 a)一层厚10 nm As沉积在含有均匀的浓度为1018 cm-3B的Si的表面。假如样品在1000 K退火一小时,计算As断面图 (假设 Si 和 As 原子一样大. Si 原子5x1022 /cm3 ) [15] b) 写出你得出答案所提出的假设以及根据 [10] 25 3. 光刻和刻蚀 a) 用一两句话说明以下两者的不同: [10] i. 焦点深度, Resolution 系统成像分辨率和光刻胶分辨率。 ii. 正胶和负胶。 iii. 接近与投影 麻省理工学院 2 pages. Closed book
)对于等离子体刻蚀简要说明如有用刻吐参数控选择性和各向异性。[可 ©)如果刻蚀如图样品西出面草图并说明理由8) 1KO州溶液刻蚀 i.HF和HNO方 iii.Ion milling 公式 km=1381023/K=8.62105eV/K 气体动力学：压力 P=nksT 1atm=760tor≈10P 平均速度 Cae=(8ksT/zm)5 平均白由程 =1/Mπdnv2) 到达表面速度 J=P/(2mkBT m)5-3.5 102 P(torrM(MT (g/moLK))s m=分子量，M=摩尔质量 氧化：厚度x时间t C0=表面氧化剂浓度.Ks■氧化速度常数 Dx氧化物中氧化剂扩散速米率N·单位体积氧化 xo2+A xo=B(t+) 物需要的氧化剂分子，【一时间偏移，名初始氧化物 (N。2-)+A(X-X)=B 厚度 B/A-Cok/N.B-2Daco/N CVD 薄膜生长速率 v=(C/Nhkh+k)》 反应流量 F:=kc, 输送流量 Fa=ha (ca-cs) 气体相位传输系数h2=32(DgL)puL/m)=D2心 边界层厚度 8=(npu)5 反应系数 k=ko exp (-AG/kgT) Cg单位体积反应核浓度；Cs:表面浓度，N薄膜密度(atoms/cm,Dg气体扩胶率，L特征长 度x片间距，取气体密度，1黏度u气体速度k如=13810K,=8.6210心3eV/K
b) 对于等离子体刻蚀, 简要说明如何用刻蚀参数控制选择性和各向异性。[7] c) 如果刻蚀如图样品画出剖面草图并说明理由[8] i. KOH 溶液刻蚀 ii. HF和HNO3 iii. Ion milling 公式 kB = 1.38 10-23 J/K = 8.62 10-5 eV/K 气体动力学: 压力 平均速度 平均自由程 到达表面速度 m = 分子量, M = 摩尔质量. 氧化: 厚度 xo 时间 t CO = 表面氧化剂浓度,KS = 氧化速度常数, DOX= 氧化物中氧化剂扩散速率, N = 单位体积氧化 物需要的氧化剂分子, = 时间偏移, xi =初始氧化物 厚度 CVD 薄膜生长速率 反应流量 输送流量 气体相位传输系数 边界层厚度 反应系数 Cg:单位体积反应核浓度; Cs:表面浓度, N:薄膜密度 (atoms/cm3 ),Dg::气体扩散率, L 特征长 度, x:片间距, p: 气体密度, η黏度, u 气体速度. kB = 1.38 10-23 J/K, =8.62 10-5 eV/K
半导体电导率 =(u n+uhp)e 4。■电子迁移常，山-空穴迁移率，n=电子数p=空穴数e-161心”C 扩散： 面定表面源 C(zt)=Courr erfe (-/(2V(Dt))) 引入剂量Q Q=2C(DtVa 因定量掺杂 C(z.t)=Q/(DI)exp (-/4Dt) Z=距离，t-时间C=浓度atoms/cm.Csurf=表面浓度.Q=剂量(atoms/cm) 有效内部扩散Dm=D°+D+D+D'… D°=D°。exp(-EkT).D=D'。exp(-E*/kTD).ctc 表面扩散 Der=D+(n/n)D+(n/n)'D"+(p/n)D
半导体电导率 µn = 电子迁移率, µh =空穴迁移率, n = 电子数, p = 空穴数, e =1.6 10-19 C. 扩散: 恒定表面源: 引入剂量 Q 固定量掺杂: z = 距离, t =时间, C = 浓度(atoms/cm3 ),Csurf = 表面浓度, Q = 剂量 (atoms/cm2 ) 有效内部扩散 表面扩散
Name: MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY Department of Electrical Engineering and Computer Science Department of Materials Science and Engineering 6.152l/3.155J IN-CLASS QUIZ 16 September 2002 (5 problems 9 pages totall 1)缺陷： 给出sI中氧气平均浓度Cox=5×102cp(-2.6eV/a)(cm 空位Cvc=2×10产ep-l.06eV/(emka=8.62x105evK a什么温度时Cvac=Cox b)5I在馆点(1417C)时那种缺陷（氧气不纯或空位）会有更高的平衡浓度 c作图lnC7vs1000/Te,an Arrhenius plot)标明每点截距和斜率 In [C] 1000/T
1) 缺陷： 给出SI中氧气平均浓度 空位 a)什么温度时Cvac=Cox b)SI在熔点（1417 C）时那种缺陷（氧气不纯或空位）会有更高的平衡浓度 c)作图ln [C] vs 1000 / T (i.e., an Arrhenius plot)标明每点截距和斜率
2)真空系统20p0ints) The Knudson number is defined as N&=入/L,X分子平均白由程 腔体特征尺寸（反应器Π） a根据1到7写出恰当的列表，>1，10mT 4)P1 Nk<1
2) 真空系统 (20 points) The Knudson number is defined as NK =λ / L ,λ分子平均自由程 L腔体特征尺寸 (反应器皿). a) 根据1到7写出恰当的列表, NK > 1, NK 10 mT 4) P < 0.1 mT 5) 源和原子打击表面速度轨迹成直线 6) 气体扩散状况 7) 原子打击表面有入射角
Name: )选择两步如图所示的薄膜生长步露。用几句话简要描述物现过程 5身禁a成字r 2 40 的
Name: b)选择两步如图所示的薄膜生长步骤，用几句话简要描述物理过程
Name 3)Oxidation (20 points) a)解释为什么SO在Si/sO界面生长而不在siO/gs界面， b)(O简要描述图示物理过程山和 电化员 气体 Sio
Name: 3) Oxidation (20 points) a) 解释为什么SiO2 在Si / SiO2 界面生长而不在SiO2 / gas界面. b) (i)简要描述图示物理过程J1, J2和J3
dSi上的氧化生长公式Dca-Grove quadratic equation At =B(+r)witht=(to+Ato)B 写出生长速率表达式m/女在以下条件下 )薄氧女a 厚氧>之x d解释为什么携染Si生长比鈍S快
c) Si上的氧化生长公式 Deal-Grove quadratic equation 写出生长速率表达式 dtox / dt: 在以下条件下 I) 薄氧 tox 2 > Atox d) 解释为什么掺杂Si 生长比纯 Si快
4)化学气相沉积(CVD,20pnts 你用CVD沉积一个MOSFET用的+掺杂橱SO:反应： SiHa (g)+O:ISi O:(s)+2H:(g). a)选一个方程可以有掺杂船 i.2PH (g)12 P(s)+3H:(g) i.2(g）12B(8)+3h(g) b)定文CVD生长方程给出尺寸，e.g number/scc-area). C.IN ”= ©)写出博腹生长素率方程在反应限定范围内
4) 化学气相沉积 (CVD) [20 points] 你用 CVD沉积一个MOSFET用的p+掺杂栅 SiO2 反应: SiH4 (g) + O2 l Si O2(s) + 2H2 (g). a) 选一个方程可以有 p+掺杂栅. i. 2PH3 (g) l 2 P (s) + 3H2 (g) ii. B2H6 (g) l 2B (s) + 3H2 (g) b) 定义 CVD生长方程 给出尺寸, e.g. number/(sec-area), c)写出薄膜生长素率方程在反应限定范围内
用以下一个图形回答反应速率限制生长P掺杂氧化得问题 【面出每氧图的反应速率深制区域 ⅱ.渗杂浓度会被气流速度影响吗？为什么？ ⅱ什么工艺参数最好控制S0,浓度？ v.画出合适的图说明而中工艺参数变化在图中反应w Invi In(v) 17 40
d) 用以下一个图形回答 反应速率限制生长 p-掺杂氧化栅问题: i. 画出每幅图的反应速率限制区域 ii. 掺杂浓度会被气流速度影响吗？为什么? iii. 什么工艺参数最好控制 SiO2 浓度？ iv. 画出合适的图说明 iii 中工艺参数变化在图中反应w