本章要求
1. 至少列出三种重要的加热工艺
水平式高温炉加热、垂直式高温炉加热（即传统的管式炉加热）、快速加热工艺RTP、激光镭射
退火LSA
2. 说明直立式和水平式炉管的基本系统，以及直立式炉管的优点
基本系统：控制系统、装载系统、气体输送系统、气体排放系统、工艺炉管
优点：避免了晶圆的弯曲，占地面积较小，避免了晶圆推入反应炉过程中沾上杂质
3. 说明氧化工艺流程
氧化是最重要的加热过程之一，是一种添加工艺，将氧气加入到硅晶圆后，在晶圆表面形成二氧
化硅
氧化工艺包括干氧氧化工艺和湿氧氧化工艺
4. 说明氧化前清洗的重要
如果硅表面留有残余污染物，这些缺陷和粒子就将成为结晶过程的成核点，从而使二氧化硅变成
如同冬天玻璃上形成的冰晶雪花般的多晶态结构。
而多晶态的结晶边界，将容易使杂质和湿气通过。
5. 比较干氧氧化和湿氧氧化工艺及应用的区别？
干痒氧化：氧化层薄，氧化速度慢，质量较好
湿痒氧化：氧化层厚，氧化速度快，质量较差
6. 说明扩散工艺流程。
源极漏极注入形成之后，晶圆在加热工艺中所花费的时间和温度的乘积称为热积存。
热积存大小取决于栅极的尺寸，也就是集成电路芯片的最小图形尺寸。该尺寸越小，热积存越小先进行预沉积（预淀积），覆盖氧化过程；然后为驱入推进过程（杂质推进drive in）；最后是
退火和激活
7. 解释为什么用离子注入工艺取代扩散技术对硅进行掺杂？
扩散是一种等向性过程，所以掺杂物原子都将扩散到遮蔽氧化层的边缘下方。
离子注入对掺杂物的浓度和分布能更好的控制
8. 说明至少三种高温沉积工艺
高温化学气相沉积：包括外延硅沉积，选择性外延工艺，多晶硅沉积和低压化学气相氮化硅沉积
9. 解释离子注入后退火的重要性？
离子输入过程中，高能掺杂物离子将对靠近晶圆表面的硅晶体结构造成破坏。
为了满足元器件性能的要求，必须利用退火工艺将晶格的损伤修复，使其恢复单晶结构并激活掺
杂物。
10. 说明快速加热工艺的优点。
快速加热工艺有较好的热积存控制和晶圆对晶圆的均匀性
习题
1. 列出三种加热工艺
氧化、退火和沉积是三种重要的加热工艺
2. 说明一种加热工艺过程。为什么在硅局部氧化形成时，氧化薄膜会向硅衬底内生长
干氧氧化工艺是一种加热工艺，其工艺顺序为闲置状态下通入吹除净化氮气，通入工艺所需氮
气；工艺氮气气流下将晶舟推入炉管，升高温度，稳定温度；关闭氮气，通入氧化用氧气和氯化
氢；关闭氧气，开始通入氮气进行氧化物退火工艺；氮气气流下开始降温，然后将晶舟拉出；闲
置状态下，通入吹除净化氮气；对下一批晶舟重复上述过程；闲置状态下通入净化氮气
因为扩散工艺是一个等向性过程，所以掺杂原子将会向阻挡层下面扩散
3. 整面全区氧化一般使用哪种氧化工艺？为什么？
湿氧氧化一般用于枕面全区覆盖氧化层，因为氧化氢在二氧化硅中的扩散速度比氧的快，湿痒氧
化的氧化速率更高
4. 氢氧燃烧湿法氧化工艺与其他湿法氧化工艺相比有什么优缺点？
优点：氢氧燃烧湿法氧化工艺中，在推入晶圆、温度升高和温度稳定的各个过程中加入氧气，有
助于在晶圆表面先生长一层高质量的干氧氧化薄膜。干氧氧化薄膜作为质量较差的蒸汽氧化层的
阻挡层，将有助于减少硅-二氧化硅界面的缺陷
缺点：在排放系统中，需使用燃烧箱使任何排放气体在进入大气前能将残余的氢气烧光
5. 为什么氢氧燃烧湿法氧化工艺中的氢气氧气注入比例要略小于2比1？
防止氢气累积在炉管内产生爆炸
6. 列出栅极氧化工艺中所使用的全部气体，并说明每种气体的作用
由于栅极多晶硅的氧化要求较高，往往采用干式氧化工艺。
HCL：捕捉移动的金属离子，特别是钠离子；减小悬浮键的数量，以改善集成电路的可靠性
工艺用氮气：纯度较高，应用于氧化反应中
净化用氮气：纯度较低，用于净化反应室
氧气：进行氧化反应
7. 当温度增加时，氧化层的生长速率如何变化？压力增加对氧化的生长速率会产生什么效应？
温度增加，氧化速率也会增加
压力的增加将提高反应室内氧或水蒸气的密度和在二氧化硅中的扩散速度，进而增加氧化速率
8. 集成电路芯片制造过程中，会使用垫底氧化层、阻挡氧化层、栅氧氧化层、屏蔽氧化层和全
区氧化层，说明哪种氧化层最薄？哪种氧化层最厚？
沉淀氧化层、屏蔽氧化层、阻挡氧化层和栅氧化层较薄
垫底氧化层和全区氧化层较厚
9. 虽然扩散掺杂工艺可能不使用高温炉，但是为什么仍称高温炉为“扩散炉”？
因为早期的集成电路生产普遍使用扩散来掺杂半导体，且由于最常用的硅掺杂工具就是高温石英
炉，所以扩散炉这个名词才沿用至今10. 直立式炉管与水平式炉管比较，有什么优点？
优点：避免了晶圆的弯曲，占地面积较小，避免了晶圆推入反应炉过程中沾上杂质
11. 列出扩散掺杂处理的三个过程
先进行预沉积（预淀积），覆盖氧化过程；然后为驱入推进过程（杂质推进drive in）；最后是
退火和激活
12. 为什么二氧化硅能作为扩散遮蔽层？
对于磷和硼等元素，大多数和半导体制造有关的掺杂物在二氧化硅中的活化能要高于在单晶硅中
的活化能，所以他们在二氧化硅中的扩散速率远低于在硅中的扩散速率，因此二氧化硅能够作为
扩散遮蔽层
13. 结深指的是什么？
结深定义为扩散的掺杂浓度等于衬底浓度时的深度
14. 说明钛金属硅化物工艺流程
合金化热处理是利用热能使不同原子彼此结合成化学键而形成金属合金的一种加热工艺。
钛金属硅化物需要进行两步退火。
第一次退火，在较低温度和氮气环境中进行，形成晶粒较小而电阻系数较高的c49钛金属硅化物
第二次退火是在较高温度下进行，并将电阻系数较高的c49碳化硅转变为电阻系数较低的c54碳
化硅
15. 为什么晶体经过离子注入工艺后要高温退火？使用快速加热退火rta工艺进行退火处理有什
么优点？
离子注入后，具有能量的离子将对晶体结构造成破坏，因此晶圆必须经过离子注入后退火处理，
以恢复单晶结构和激活掺杂物
快速加热工艺不但快速，而且能够减少掺杂在退火过程中的扩散，并具有极佳的热积存控制能力
16. 说明psg再流动工艺，usg可以再流动吗？为什么？
1100摄氏度时psg将软化并开始沿着表面张力流动，使电介质表面更加圆滑平坦改善光刻工艺
的解析度，并使后续的金属化更顺利
17. 列出可用于p型掺杂多晶硅低压化学气象沉积工艺中的气体
包括硅烷，工艺用氮气，净化用氮气。其中硅烷也可以用二氯硅烷替代。
p型硅掺杂时会用到二硼烷。
18. 在低压化学气象沉积氮化物工艺沉积过程中，为什么所使用的氮源材料是氨气而不是氮
气？
19. 快速加热工艺rtp系统和高温炉的升温速率分别能达到多少？为什么高温炉的升温速率达不
到与rtp系统一样高的程度？
Rtp能以50摄氏度每秒到250摄氏度每秒的速率升温，而高温炉一次升温需要耗费数个小时，速
率只有5摄氏度每分钟～10摄氏度每分钟
因为高温炉是一种批量工具，热容量很大，所以反应炉管或反应室的温度只能缓慢升高或降低。
20. 与rtp系统比较，高温炉有什么优点？
优势就在于高温炉是一种批量工具，一次能处理数百片晶圆。而快速加热工艺rtp系统是一种单
晶圆工艺
21. 尖峰退火和快速热退火工艺的区别是什么？
尖峰退火是一个高峰时间很短的快速加热退火过程，通常远小于一秒。它采用高的峰值温度，以
最大限度的激活掺杂物并快速升降温度以尽量减少杂质扩散
相比快速热退火工艺，尖峰退火的峰值温度更高；所需的截面深度更小；杂质扩散更低。
22. 促使纳秒级退火工艺技术发展的因素是什么？
随着器件特征尺寸的缩小，前面深度变得更浅，甚至要小于20nm。离子注入退火恢复损伤需要
极高的温度，但热积存要求退火时间在很小范围内，因此需要发展新技术以满足超浅洁的要求
