硅工艺第3章 扩散习题参考答案.ppt

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1、第三章第三章 扩散习题参考答案扩散习题参考答案11.简述杂质在硅晶体中的两种扩散机制。简述杂质在硅晶体中的两种扩散机制。答：答：1）间间隙隙式式扩扩散散指指间间隙隙式式杂杂质质从从一一个个间间隙隙位位置置运运动动到到相相邻邻的的间间隙隙位位置置。间间隙隙杂杂质质在在间间隙隙位位置置上上的的势势能能相相对对极极小小，它它要要运运动动到到相相邻邻的的间间隙隙位位置置上上，必必须须越越过过高高度度为为Wi0.61.2eV 的势垒，这个能量可依靠的势垒，这个能量可依靠热涨落热涨落获得。获得。2）替替位位式式扩扩散散是是指指替替位位杂杂质质从从一一个个晶晶格格位位置置运运动动到到另另一一个个晶晶格格位位

2、置置上上。首首先先，替替位位杂杂质质的的近近邻邻要要有有空空位位，形形成成一一个个空空位位所所需需能能量量为为Wv；其其次次，替替位位杂杂质质在在晶晶格格位位置置上上相相对对势势能能最最低低，而而间间隙隙位位置置处处的的势势能能最最高高，它它要要运运动动到到近近邻邻晶晶格格上上，必必须须越越过过高高度度为为Ws的的势势垒垒。所所以以，替替位位杂杂质质要依靠要依靠热涨落热涨落获得大于获得大于Wv+Ws的能量才能进行扩散。的能量才能进行扩散。22.写出菲克第一定律和菲克第二定律的表达式。写出菲克第一定律和菲克第二定律的表达式。答：答：菲克第一定律的表达式菲克第一定律的表达式它揭示的含义为：杂质的它

3、揭示的含义为：杂质的扩散流密度扩散流密度J正比于正比于杂质浓度梯度杂质浓度梯度C/x，正比于杂质在基体中的，正比于杂质在基体中的扩散系数扩散系数D(体现了温度体现了温度T与与扩散流密度扩散流密度J的关系的关系)。菲克第二定律也即扩散方程，其表达式为：菲克第二定律也即扩散方程，其表达式为：针对不同边界条件求出该方程的解，可得出杂质浓度针对不同边界条件求出该方程的解，可得出杂质浓度 C 的分的分布，即布，即 C 与与 x、t 的关系。的关系。33.写写出出恒恒定定表表面面源源扩扩散散的的边边界界条条件件、初初始始条条件件、扩扩散散杂杂质质的的分布函数，并简述该扩散的特点。分布函数，并简述该扩散的特

4、点。1)边界条件边界条件 C(0,t)=Cs，C(,t)=0 2)初始条件初始条件 C(x,0)=0 x 03)扩散杂质的分布函数，服从余误差分布扩散杂质的分布函数，服从余误差分布4)特点特点a.杂质分布形式：杂质分布形式：表面杂质浓度表面杂质浓度Cs；时间、温度与扩进杂质；时间、温度与扩进杂质总量；总量；b.结深：温度、时间与结深；结深：温度、时间与结深；c.杂质浓度梯度：杂质浓度梯度：Cs 越大或越大或 D 越小的杂质，扩散后的浓度越小的杂质，扩散后的浓度梯度将越大。梯度将越大。44.写写出出有有限限表表面面源源扩扩散散的的边边界界条条件件、初初始始条条件件、扩扩散散杂杂质质的的分布函数，

5、并简述该扩散的特点。分布函数，并简述该扩散的特点。1)边界条件边界条件 C (,t)=02)初始条件初始条件 C（x,0）=Cs=Q/h，0 x h；C（x,0）=0，x h；3)扩散杂质的分布函数，服从高斯分布扩散杂质的分布函数，服从高斯分布4)特点特点a.杂质分布形式：杂质分布形式：表面杂质浓度表面杂质浓度Cs 与扩散深度成反比；杂质与扩散深度成反比；杂质总量不变；总量不变；b.结深：扩散长度、衬底杂质浓度；结深：扩散长度、衬底杂质浓度；c.杂质浓度梯度：杂质浓度梯度：55.什么是两步扩散工艺，每一步扩散的目的是什么？什么是两步扩散工艺，每一步扩散的目的是什么？答：答：由于恒定表面浓度的扩

6、散，难于制作出低表面浓度由于恒定表面浓度的扩散，难于制作出低表面浓度的深结；有限源扩散不能任意控制杂质总量，因而难于制作的深结；有限源扩散不能任意控制杂质总量，因而难于制作出高表面浓度的浅结。出高表面浓度的浅结。为了同时满足对表面浓度、杂质总量以及结深等的要求，为了同时满足对表面浓度、杂质总量以及结深等的要求，实际生产中常采用两步扩散工艺：第一步称为实际生产中常采用两步扩散工艺：第一步称为 预扩散预扩散 或或 预预淀积淀积，在较低的温度下，采用恒定表面源扩散方式在硅片表，在较低的温度下，采用恒定表面源扩散方式在硅片表面扩散一层杂质原子，其分布为余误差函数，目的在于控制面扩散一层杂质原子，其分布为余误差函数，目的在于控制扩散杂质总量；第二步称为扩散杂质总量；第二步称为 主扩散主扩散 或或 再分布再分布，将表面已淀，将表面已淀积杂质的硅片在较高温度下扩散即有限表面源扩散，其分布积杂质的硅片在较高温度下扩散即有限表面源扩散，其分布为高斯函数，目的是控制表面浓度和扩散深度。为高斯函数，目的是控制表面浓度和扩散深度。66.写写出出采采用用三三氯氯氧氧磷磷(POCl3)液液态态杂杂质质源源进进行行磷磷扩扩散散的的化化学学反反应方程式，并画出常规液态源磷扩散工艺实现系统。应方程式，并画出常规液态源磷扩散工艺实现系统。7接排风口氧气载气阀门和流量计石英舟液态源温度控制池液态源扩散系统8