硅工艺第7章 外延习题参考答案

第一章外延思考题1.外延是___________________________________________________________________。

2.名词解释:同质结外延,异质结外延正外延,反外延SOS，SOI结构软误差，3.埋层外延中的图形漂移与滑移原因及解决办法。

4.分析外延中的自掺杂效应,讨论解决办法。

5.分析外延中的可能产生的几种缺陷,讨论解决办法。

6.总结影响外延生长速率的几种因素,如何提高外延层质量。

7.根据两种硅气相外延的原理，比较两种硅气相外延的特点。

8.外延技术在双极及MOS电路的主要用途第二章氧化工艺10001. 根据硅和二氧化硅的密度和分子量，说明生长厚度为x0的氧化层，计算要消耗厚度为___ x0的硅层，二氧化硅的密度用2.27g/cm3,硅的密度用2.33g/cm3，硅的原子量为28，氧的原子量为16。

选择题10002. 氧化层厚度和氧化时间的关系式为x0=A tA B21412++-⎛⎝⎫⎭⎪τ/，请化简，当氧化时间很短时，即()BAt4/2<<+τ, 则X0=_____A.BAt()+τ B. B t()+τ C.2BAt()+τ D.2B t()+τ10004 .氧化层厚度和氧化时间的关系式为X0=A tA B21412++-⎛⎝⎫⎭⎪τ/，当氧化时间很短时，即()BAt4/2<<+τ，它属于（）A. 表面反应控制B. 扩散控制10006在温度相同的情况下，制备相同厚度的氧化层，分别用干氧，湿氧和水汽氧化，哪个需要的时间最长？（）A.干氧B.湿氧C.水汽氧化10008. 二氧化硅膜能有效的对扩散杂质起掩蔽作用的基本条件有哪些______1．杂质在硅中的扩散系数大于在二氧化硅中的扩散系数2．杂质在硅中的扩散系数小于在二氧化硅中的扩散系数3．二氧化硅的厚度大于杂质在二氧化硅中的扩散深度4．二氧化硅的厚度小于杂质在二氧化硅中的扩散深度A．2,4 B.1,3 C.1,4 D.2,310010. 半导体器件生产中所制备的二氧化硅薄膜属于（）A．结晶形二氧化硅 B. 无定形二氧化硅10011. 二氧化硅薄膜在半导体器件生产上的应用有：（）1．对杂质的掩蔽作用2．对器件表面的保护和钝化作用3．用于器件的电绝缘和电隔离4．作为电容器的介质材料5．作为MOS场效应晶体管的绝缘栅材料A．1,2 B. 1,2,3 C. 1,2,4,5 D.1,2,3,4,510012. 扩散系数与下列哪些因素一定成增函数关系（）1杂质的浓度梯度 2 温度3 扩散过程的激活能4 杂质的迁移率 A. 1,2 B. 2,3 C. 2,4 D.1,410013. 硅平面制造工艺的硼、磷扩散都属于_____ A. 代位式扩散 B.间隙式扩散填空题:20001. 在硅-二氧化硅系统中存在______电荷、可动电荷、界面态电荷和氧化层陷阱电荷。

第七部分 硅的制备——2024届高考化学攻破实验专项训练 学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题1．下列关于硅及其化合物的说法，错误的是( )A.二氧化硅是半导体材料，硬度大，可用于制造光导纤维B.利用焦炭制备粗硅的化学方程式为：2SiO 2CSi 2CO ++↑高温C.不能用带玻璃瓶塞的试剂瓶盛放NaOH 溶液D.硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品的干燥剂2．“中国芯”的主要原料是单晶硅，制取纯硅的过程如图所示。

下列说法正确的是( )A.步骤①中的反应为22SiO C Si CO ++↑高温B.二氧化硅是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸C.步骤②和③均属于置换反应D.28g 纯硅中含有4molSi-Si 键3．实验室用3SiHCl （沸点33.0℃）与过量2H 在1100℃下反应制得纯硅，制备纯硅的装置如图所示（夹持及加热装置略去），已知：3SiHCl 能与2H O 剧烈反应，在空气中易自燃，下列说法错误的是( )A.装置B 中的试剂是浓硫酸，目的是除去氢气中的水蒸气B.装置C 中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的3SiHCl 气化C.实验时石英管用酒精灯外焰加热D.为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是排尽装置中的空气以及控制好反应温度4．工业上制备高纯硅，一般需要先制得98%左右的粗硅，再以粗硅为原料制备高纯硅，工艺流程如下；工业上还以粗硅为原料采用熔融盐电解法制取甲硅烷（4SiH ），电解装置如图所示：下列有关说法正确的是( )A.制备粗硅的化学方程式：22SiO C Si 2CO ++↑高温B.制备高纯硅的工艺中可循环使用的物质只有HClC.阴极发生的电极反应：2H 2e 2H --+D.2SiO 、Si 、4SiH 都属于共价晶体5．高纯单晶硅是重要的半导体材料，在各种集成电路、芯片和CPU 的制作中有不可替代的作用。

硅工艺-《集成电路制造技术》课程-试题(总11页)一、填空题晶圆制备1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（ GSG ），有时也被称为（电子级硅）。

2．单晶硅生长常用（ CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。

3．晶圆的英文是（ wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。

4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是整型、定向、标识。

5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（ 100 ）、（110 ）和（111）。

6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有确定晶向的）并且（被掺杂成p 型或n型）的固体硅锭。

7．CZ直拉法的目的是（实现均匀掺杂的同时，并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径）。

影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。

8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。

9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。

10.晶片需要经过切片、磨片、抛光后，得到所需晶圆。

氧化10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。

11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。

12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。

13．用于热氧化工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。

14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（ STI ）。

15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。

16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（蒸发）、退火和合金。

17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。

晶圆制备1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（GSG ），有时也被称为（电子级硅）。

2．单晶硅生长常用（CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。

3．晶圆的英文是（wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。

4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是整型、定向、标识。

5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（100 ）、（110 ）和（111）。

6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有确定晶向的）并且（被掺杂成p型或n型）的固体硅锭。

7．CZ直拉法的目的是（实现均匀掺杂的同时，并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径）。

影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。

8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。

9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。

10.晶片需要经过切片、磨片、抛光后，得到所需晶圆。

氧化10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。

11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。

12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。

13．用于热氧化工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。

14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（STI ）。

15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。

16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（蒸发）、退火和合金。

17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。

18．卧式炉的工艺腔或炉管是对硅片加热的场所，它由平卧的（石英工艺腔）、（加热器）和（石英舟）组成。

第五章硅外延生长1、解释名词：①*自掺杂：外延生长时由衬底、基座和系统等带来的杂质进入到外延层中的非人为控制的掺杂称为自掺杂。

②外扩散：在外延生长中，由于是在高温条件下进行的，衬底中的杂质会扩散进入外延层致使外延层和衬底之间界面处的杂质浓度梯度变平的现象。

③外延夹层：外延层和衬底界面附近出现的高阻层或反形层。

④双掺杂技术：在外延生长或扩散时，同时引入两种杂质。

因为原子半径不同而产生的应变正好相反。

当两种杂质原子掺入比例适当时，可以使应力互相得到补偿，减少或避免发生晶格畸变，从而消除失配位错的产生。

这种方法叫作双掺杂技术。

⑤SOS技术：在蓝宝石或者尖晶石衬底上外延生长硅。

⑥SOI技术：把器件制作在绝缘衬底上生长的硅单晶层上。

（当器件尺寸缩小到亚微米范围以内时，常规结构就不适应了，导致了SOI结构的发展）⑦SIMOX：氧注入隔离，通过氧离子注入到硅片，再经高温退火过程消除注入缺陷而成。

⑧SDB&BE：直接键合与背面腐蚀技术。

将两片硅片通过表面的S i O2层键合在一起,再把背面用腐蚀等方法减薄来获得SOI结构。

⑨ELTRAN：外延层转移，在多孔硅表面上可生长平整的外延层，并能以合理的速率将多孔硅区域彻底刻蚀掉，该技术保留了外延层所具有的原子平整性，在晶体形成过程中也不产生颗粒堆积或凹坑，因此具有比其它SOI技术更为优越的性能。

⑩Smart-Cut：利用H+注入Si片中形成气泡层，将注氢片与另一片支撑片键合，经适当的热处理，使注氢片从气泡层完整剥离形成SOI结构。

2、*(简述)详述影响硅外延生长速率的因素。

答：①S i CL4浓度：生长速率随浓度的增加增大并达到一个最大值，以后由于腐蚀作用增大，生长速率反而降低。

②*温度：当温度较低时，生长速率随温度升高而呈指数变化，在较高温度区，生长速率随温度变化比较平缓，并且晶体完整性比较好。

③气流速度：在反应物浓度和生长温度一定时，生长速率与总氢气流速平方根成比例关系，但到极限时不在增加。

硅材料制备技术基础知识单选题100道及答案解析1. 硅材料制备过程中，常用的提纯方法是（）A. 化学气相沉积B. 区域熔炼C. 电解精炼D. 萃取答案：B解析：区域熔炼是硅材料制备中常用的提纯方法。

2. 以下哪种原料常用于硅材料的制备（）A. 石英砂B. 碳酸钙C. 碳酸钠D. 氯化钠答案：A解析：石英砂是制备硅材料的常见原料。

3. 在硅的晶体生长中，直拉法的关键步骤是（）A. 引晶B. 缩颈C. 放肩D. 等径生长答案：A解析：引晶是直拉法晶体生长的关键起始步骤。

4. 硅材料的电阻率主要取决于（）A. 杂质浓度B. 晶体结构C. 温度D. 压力答案：A解析：杂质浓度对硅材料的电阻率起着决定性作用。

5. 制备硅单晶时，所用坩埚的材料通常是（）A. 石英B. 石墨C. 陶瓷D. 不锈钢答案：B解析：石墨坩埚常用于硅单晶的制备。

6. 硅材料的禁带宽度约为（）A. 0.67 eVB. 1.12 eVC. 2.0 eVD. 3.0 eV答案：B解析：硅材料的禁带宽度约为 1.12 eV。

7. 硅的原子序数是（）A. 12B. 14C. 16D. 18答案：B解析：硅的原子序数是14。

8. 以下哪种不是硅材料的常见应用（）A. 集成电路B. 玻璃制造C. 太阳能电池D. 半导体器件答案：B解析：玻璃制造通常不用硅材料，硅主要用于集成电路、太阳能电池和半导体器件等。

9. 硅的熔点约为（）A. 1083℃B. 1410℃C. 1728℃D. 2355℃答案：B解析：硅的熔点约为1410℃。

10. 在硅材料制备中，用于检测杂质含量的仪器是（）A. 分光光度计B. 质谱仪C. 原子吸收光谱仪D. 红外光谱仪答案：C解析：原子吸收光谱仪常用于检测杂质含量。

11. 硅材料的导电机理主要是（）A. 电子导电B. 空穴导电C. 电子和空穴导电D. 离子导电答案：C解析：硅材料中电子和空穴都参与导电。

12. 硅单晶生长过程中，控制晶体直径的方法是（）A. 控制温度B. 控制提拉速度C. 控制坩埚转速D. 控制保护气体流量答案：B解析：通过控制提拉速度来调节晶体直径。

4-5章1.为什么集成电路芯片制造需要用单晶硅材料?因为非晶态和多晶态，从晶粒边界散射的电子会会严重影响PN节的特性。

2.在一个立方体上画出<100>和<111>平面。

3.在集成电路工业中，硅晶圆比其他半导体晶圆普遍使用的原因是什么?1.硅是地球上最丰富的元素之一2.硅晶圆能够再热氧化的过程中生长一层二氧化硅3.硅材料具有较大的能隙，所以能承受较高的工作温度和较大的杂质掺杂范围4.哪种化学药品用于将MGS纯化成EGS?说明其安全性与危险性。

HCL和氢气5. CZ法提拉单晶的工艺流程是什么?为什么CZ法提拉的晶圆比悬浮区熔法提拉的单晶有较高的氧浓度?1.将高纯度的电子级硅材料放入缓慢转动的石英坩埚中在1415C熔化（硅的熔点是1414C）2.将一个安装在慢速转动夹具上的单晶硅籽晶棒缓慢降低高度，溶解在熔融硅中3.将单晶硅籽晶缓慢拉出就可以把熔融的硅拉出来，使其沿着籽晶的晶体方向凝固。

CZ法提拉的单晶硅棒总是有微量的氧和碳杂质，这是由于坩埚本身的材料引起的。

而悬浮区熔法处理的时候不接触坩埚。

6.说明外延工艺的目的。

外延层能够在低阻衬底上形成一个高阻层，这样可以提高双载流子晶体管bipolar transistor的性能外延层也可以增强动态随机存储DRAM和互补金属氧化物半导体CMOS的性能。

双载流子晶体管需要外延层在硅的深部形成重掺杂深埋层。

外延层能够提供与衬底晶圆不同的物理特性。

7.什么是自掺杂效应?如何避免?8.列出三种外延硅的原材料。

SIH4SIH2CL2SIHCL3掺杂AsH3、PH3、B2H69.列出常用的三种外延硅掺杂物，并说明掺杂气体的安全性。

掺杂AsH3、PH3、B2H6三种氢化物都有剧毒、易燃和易爆炸10.单晶硅外延反应器优于批量外延系统的优点是什么?有较高的外延层生长速率和较高的可靠性，重复性，能够在大气压和低压下沉积高质量、低成本的薄膜。

11.键合SOI技术需要哪种离子注人? SIMOX注氧隔离SOI晶圆需要哪种离子注人?氢离子氧离子键合SOI的主要优势在于成本12.解释为什么大多数IC制造商使用局部应变strain技术代替应变硅技术制造MOSFET?因为只有MOSFET的栅极氧化层下方的沟道需要应变，因此没有必要对整个晶片进行应变，13.大多数IC制造商将具有局部应变的体硅晶圆用于先进IC芯片制造，而且使用混合定位技术，请解释原因是什么?在PMOS和NMOS上分别实现压应变和拉应变，用于提高P沟道的空穴迁移率和N沟道的电子迁移率。

第七章填空题1.当生长的外延层与衬底材料不同为外延；当生长的外延层与衬底材料相同为外延。

2.根据向衬底输送原子的方式，外延分类: 、和。

3.薄膜生长依靠晶体表面台阶的运动进行的。

4.在低阻材料上生长高阻外延层的工艺为。

5.在高阻材料上生长低阻外延层的工艺为。

6.实际外延温度选在区。

7.外延生长速率主要受析出硅原子过程和被释放出来的硅原子在衬底上生成的过程控制。

8.发生漂移和畸变的根本原因：硅的和腐蚀速率的。

9.晶面构造可以用三个特征来描述：、和。

答案1 异质，同质2 VPE，LPE，SPE3 横向运动4 正向外延5.反向外延6 高温区7 氢还原SiCl 4，单晶层8 生长，各向异性9平台，扭转，台阶选择题1.外延生长薄膜时，吸附原子必须到达位置才能开始横向生长。

BA.平台B. 扭转C. 台阶2.外延时，在低温区，生长速率对温度变化非常敏感，生长速率由控制。

CA.扩散速度B.气相质量输运C.表面化学反应3. 外延时，在高温区，生长速率对温度变化不敏感，生长速率由控制。

BA.扩散速度B.气相质量输运C.表面化学反应4.外延生长时，选用，均匀性较好。

AA.矩形腔B. 圆形腔C. A和B都好D.A和B都不好5.吸附原子所处位置稳定性排序：。

AA．扭转﹥台阶边缘﹥平台上 B. 平台上﹥台阶边缘﹥扭转C. 台阶边缘﹥扭转﹥平台上6. 在对多晶硅进行原位掺杂时，掺入杂质，会提高淀积速率。

BA. 磷B. 硼C. 硅D. 砷7. 一般认为，机制是决定保形覆盖的关键因素。

BA.入射B.再发射C.表面迁移8. 外延层生长时，在相同温度下，的生长率最高。

AA. SiH 4B. SiCl 4C. Si H 2Cl 4D. SiHCl 39 .外延层中的杂质原子在淀积时，当硅的生长速率保持恒定时，的掺入量随生长温度的上升而增加。

CA.AsB. PC. B10. 外延层生长时，在相同温度下，硅源的生长率最低。

BA. SiH 4B. SiCl 4C. Si H 2Cl 4D. SiHCl 311. 在任意特定的淀积温度下，都存在一个最大淀积率。

共 页 第 页说明：1。

拟题请用碳塑墨水钢笔书写。

不要出框。

除填空体、图解及特要求外一般不留答题空间。

- ---------------------------上------------------------------装-----------------------------------------订----------------------------线---------------------------------专业班级 姓名 班内序号 西安邮电学院试题卷专用纸- ------------------------密--------------------------------封-----------------------------装----------------------------------订------------------------------线------------------------------------2．装订试卷，考生答卷时不得拆开或在框外留写标记，否则安零分计共 页 第 页说明： 1。

拟题请用碳塑墨水钢笔书写。

不要出框。

除填空体、图解及特要求外一般不留答题空间。

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工业硅成品工艺试题及答案【题目】（1）工业上生产纯硅的工艺流程如下：①石英砂的主要成分是SiO2，在制备粗硅时，焦炭的作用是__________（填“氧化剂”或“还原剂”），生成气体的化学式为________；在该反应中，若消耗了3.0 g SiO2 ，则转移电子的总数为_______________。

②粗硅与氯气反应后得到沸点较低的液态四氯化硅，其中常混有一些高沸点、难挥发性液体杂质（与液态四氯化硅互溶），必须分离提纯。

其提纯方法为____（填字母）。

A. 蒸馏B. 过滤C. 萃取D. 蒸发（2）向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液，看到的现象是____________________，写出沉淀变化的化学方程式________________________________。

（3）把10.2 g镁铝合金的粉末放入500mL过量的稀盐酸中，得到11.2 L H2（标准状况下）求：①该合金中镁的质量为__________。

②反应后所得溶液中Al3+的物质的量浓度为__________ （假设反应前后溶液体积不变）。

【答案】还原剂CO 1.204×1023 A 白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变为红褐色 4Fe（OH）2+O2 +2H2O＝4Fe（OH）3 4.8g0.4mol·L-1【解析】（1）二氧化硅和焦炭在高温下反应生成粗硅和CO，生成的粗硅和氯气化合生成四氯化硅，四氯化硅和氢气发生置换反应生成硅和氯化氢，据此解答。

（2）硫酸亚铁和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定易被氧化，据此解答。

（3）镁铝均能与盐酸反应产生氢气，根据金属的质量和产生的氢气体积结合方程式计算。

（1）①石英砂的主要成分是SiO2，二氧化硅和焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，碳元素化合价升高，失去电子，因此在制备粗硅时，焦炭的作用是还原剂，生成气体的化学式为CO；在该反应中，硅元素化合价从+4价降低到0价得到4个电子，若消耗了3.0 g SiO2，二氧化硅的物质的量是3.0g÷60g/mol＝0.05mol，则转移电子的物质的量是0.05mol×4＝0.2mol，电子总数为0.2mol×6.02×1023/mol＝1.204×1023。