集成电路工艺原理期末试题(2)

源漏区的离子注入时有何区别，为什么。(5分)

答：制作在P+硅衬底的P-外延层上的nMOS管的剖面结构示意图如下图所示：

SourceGaten+p wellp- epip+ substraten+Drain

阱注入与源漏区的离子注入时的区别：① 阱注入通常采用倒掺杂技术，浓度的峰值在体内的某处；而源漏区的离子注入通常为浅结注入，浓度的峰值在表面；② 阱注入通常采用质量比较大的原子，如磷、硼等；而源漏区的离子注入通常采用质量比较轻的原子，如砷、氟化硼等。 三、计算题（共20分）

1、硅片热氧化生长遵从如下公式：t2ox＋Atox＝B(t + τ)，其中tox为硅片经过t时间后SiO2的生长厚度(μm)；B为抛物线速率系数(μm2/h)；B/A为线性速率系数(μm/h)；τ为生成初始氧化层（同一工艺参数）所用的时间(h)。我们希望通过对一初始表面氧化层厚度为0的硅片进行一2段氧化过程：干氧(0.5 h)—湿氧(2 h)来生成厚的SiO2薄膜作为隔离场氧层。干氧温度为1100℃，湿氧水汽氧化温度为920℃。已知：920℃下水汽氧化相关工艺参数分别为：A=0.50μm，B=0.20μm2/h；1100℃下干氧氧化相关工艺参数分别为：A=0.09μm，B=0.03μm2/h。试计算 ： a、0.5 h内干氧生成的SiO2厚度（μm）；（4分） b、2 h内湿氧水汽氧化所生成的SiO2厚度（μm）；（4分） c、整个氧化过程所消耗的硅层的厚度（μm）。（2分）

提示：在计算a、b时请注意，需要通过之前的初始SiO2层厚度来确定对应氧化步骤的初始SiO2层生长时间τ（非真实生长时间，令t=0即得）。

提示：在计算a、b时请注意，需要通过之前的初始SiO2层厚度来确定对应氧化步骤的初始SiO2层生长时间τ（非真实生长时间，令t=0即得）。

解：(a) ∵ t2ox + Atox＝B(t + τ)，又∵初始氧化层厚度为0；

∴ τ1 ＝ ( t2ox + Atox ) / B = 0 h

∵ t2ox＋Atox＝B(t1 +τ1)，又∵ t1=0.5 h；

∴ t2ox＋0.09tox＝0.03×(0.5 +0)；即 tox＝ 0.0855 μm

答：0.5 h内干氧生成的SiO2厚度为0.0855μm。

(b) ∵ t2ox + Atox＝B(t +τ2)，又∵湿氧时初始氧化层厚度为0.0855μm； ∴ τ2 ＝ ( t2ox + Atox ) / B = 0.25 h ∵ t2ox＋Atox＝B(t2 +τ2)，又∵ t2=2 h；

∴ t2ox＋0.5tox＝0.2×(2 +0.25)；即 tox＝ 0.4659μm

答：2 h内湿氧水汽氧化所生成的SiO2厚度为0.4659μm。 (c) 总的硅片氧化生成的二氧化硅厚度tox＝ 0.0855 +0.4659 =0.5514μm ∴ 消耗的硅层厚度为tSi＝0.5514×0.45=0.2481μm

答：整个氧化过程所消耗的硅层的厚度为0.2481μm。

2、 假如从气态BF3分子中提取两种复合离子BF21+和BF12+分别进行浅结离子注入，实现P型掺杂， 当加速场的电势差为30 kV，束流为20微安，注入扫描面积是20×20 cm2。

计算 （1）离子注入的能量分别为多少？（5分）

（2）当注入剂量为3×1015 原子/cm2，注入时间分别是多少？（5分）

解：(1) ∵ KE = nV

∴ BF21+：30 kV×1 = 30 keV ∴ BF12+：30 kV×2 = 60 keV

答：BF21+和BF12+离子注入的能量分别为：30 keV和60 keV。 (2) ∵ Q ＝ It / enA

∴ BF21+：t = Q enA / I = 3×1015×20×20×1.6×10-19 / 20×10-6 = 9600S ∴ BF12+：t = Q enA / I = 3×1015×20×20×2×1.6×10-19 / 20×10-6 = 19200S 答：当注入剂量为3×1015 原子/cm2，BF21+和BF12+离子注入时间分别是：9600S和19200S。

3、为实现更小的微细加工线宽，最新的光刻技术采用浸没式光刻机以实现更高的分辨率。假定光刻机所用透镜的半径为6cm，透镜的焦长为10cm，浸没的液体为折射率1.44的水溶液，光刻机使用的光源为波长193nm的准分子激光器，k值为0.6，试求此镜头的数值孔径NA、焦深和光刻机的分辨率。(10分)

解：(1) 数值孔径： NA = (n)sinθm≈(n)透镜半径/透镜的焦长≈6/10≈0.6

(2) 焦深： DOF = λ/2(NA)2 = 193/2*(0.6)2 =268 nm (3) 分辨率： R = kλ/NA = 0.6*193/0.6 =193 nm

答：镜头的数值孔径NA为0.6、焦深为268nm、分辨率为193nm。

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