半导体制造技术导论（第二版）萧宏 第四章晶圆制造答案
本章要求
1. 说明硅为什么比其他半导体材料更普遍使用，至少给出两个原因？
硅在地球上的含量更丰富；
热氧化过程中可以生长一层二氧化硅。二氧化硅硬、稳定且不溶于水，还可以用作掺杂遮蔽层等
作用；
硅比锗有更大的能隙，有能力承受较高的工作温度和较大的掺杂范围。硅的临界击穿电场也会比
锗更高。
2. 列出单晶硅最常使用的两种晶相
<100><110>
3. 列出从沙子到硅材料的基本工艺流程
纯的石英砂和碳放在高温炉中可得（MGS）冶金级硅
4. 说明cz法和悬浮区熔法。
cz法：将一个安装在慢速转动夹具上的单晶硅籽晶棒逐渐降低到熔融的硅中，接着籽晶体的表
面就浸在熔融的硅中并开始熔化，籽晶晶体的温度被精确控制在刚好略低于硅的熔点（过度冷
却）。当系统达到热稳定时，籽晶晶体就被缓慢拉出，并同时把熔融的硅拉出来，使其沿籽晶晶
体的方向凝固
悬浮区熔法：加热线圈将多晶硅棒的低端熔化，然后把籽晶融入已经融化的区域；熔体将通过熔
融硅的表面张力而悬浮在籽晶和多晶硅棒之间；然后加热线圈并缓慢升高温度，将熔融硅上方部
分的多晶硅棒融化；此时靠近籽晶晶体一端的熔融硅开始凝固，形成与籽晶相同的晶体结构
5. 解释说明生长外延硅的目的？
两个目的：一是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，这个工艺过程无法通
过离子输入或扩散等技术完成；二是外延层能够提供与衬底晶圆不同的物理特性，可以使设计者
有更多的自由度设计微电子元器件和电路。
6. 说明外研硅沉积的工艺流程。
外延epitaxy,epi表示在某物之上，taxy表示完好的、有序的
7. 给出两种制造soi晶圆的方法
一是使用重氧离子注入和高温退火，另一种是使用氢离子注入和晶圆键合
8. 说明应变硅的优点。
应变硅的载流子迁移率会明显提高
9. 描述选择性外延工艺及在应变硅技术中的应用
实现在POS沟道通过选择性外延锗硅形成高的压应变，而nmos沟道通过应力层获得拉应变
习题
1. 为什么集成电路芯片制造需要用单晶硅材料？
单晶结构中，所有原子都以重复方式排列。为了制造一个微型晶体管，需要单晶态半导体衬底，
因为从晶粒边界散射的电子会严重影响pn结的特性。
2. 在一个立方体上画出倾向平面。
3. 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？
硅在地球上的含量更丰富；
热氧化过程中可以生长一层二氧化硅。二氧化硅硬、稳定且不溶于水，还可以用作掺杂遮蔽层等
作用；
硅比锗有更大的能隙，有能力承受较高的工作温度和较大的掺杂范围。硅的临界击穿电场也会比
锗更高。
4. 哪种化学药品用于将冶金级硅MSG纯化为电子级硅材料（ESG），说明其安全性与危险性HCL氯化氢气体。
危险性：强酸性、腐蚀性、易挥发性
5. Cz法提拉单晶的工艺流程是什么？为什么cz法提拉的晶元比悬浮区熔法提拉的晶圆有较高
的氧浓度？
cz法：将一个安装在慢速转动夹具上的单晶硅籽晶棒逐渐降低到熔融的硅中，接着籽晶体的表
面就浸在熔融的硅中并开始熔化，籽晶晶体的温度被精确控制在刚好略低于硅的熔点（过度冷
却）。当系统达到热稳定时，籽晶晶体就被缓慢拉出，并同时把熔融的硅拉出来，使其沿籽晶晶
体的方向凝固
较高的氧浓度是由坩埚本身的材料引起的
6. 说明外研工艺的目的
两个目的：一是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，这个工艺过程无法通
过离子输入或扩散等技术完成；二是外延层能够提供与衬底晶圆不同的物理特性，可以使设计者
有更多的自由度设计微电子元器件和电路。c'vcv
7. 什么是自掺杂效应？如何避免？
自掺杂效应：外延层生长时衬底内的掺杂物会因高温的驱动扩散到外延层中。如果薄膜生长的速
度比掺杂物扩散的速度慢，则整个外延层将被衬底的掺杂物掺杂。
避免方法：保证外延层的沉积速率高于外延层中掺杂物的扩散速率。
8. 列出三种外研硅的原材料。
SiH4硅烷silane
SiH2Cl2二氯硅烷dichlorosilane
SiHCl3三氯硅烷trichlorosilane
9. 列出常用的三种外研硅掺杂物，并说明掺杂气体的安全性。
Arsine砷化氢AsH3
phosphine氢化磷PH3
diborane氢化硼BH3
10. 单晶硅外延反应器优于批量外延系统的优点是什么
与批量系统相比，单晶圆外延反应器通常有较高的外延层生长速率和较高的可靠性、可重复性，
能够在大气压力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入？ Simox SOI晶圆需要哪种离子注入？
键合SOI技术使用氢离子注入和晶圆键合；
Simox SOI将氧离子注入硅衬底，形成富含氧气的硅层。
12. 解释为什么大多数集成电路制造商使用局部应变技术代替应变硅技术制造mosfet
需要用双应力层在pmos和nmos器件上分别实现压应变和拉应变
13. 大多数集成电路制造商将具有局部应变的体硅晶圆用于先进电路芯片制造，而且使用混合
定位技术。请解释原因
空穴迁移率在<110>晶向上比在<100>晶向上更高，使用混合晶向技术实现的CMOS集成电路可
以获得比单一<100>晶向更快的速度和更大的电流驱动
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