硅工艺扩散习题参考答案
半导体工艺与制造技术习题答案(第四章 氧化)
第四章氧化1.简述几种常用的氧化方法及其特点。
答：（1）干氧氧化在高温下，氧气与硅反应生成SiO2，其反应为干氧氧化的生成的SiO2结构致密、干燥、均匀性和重复性好，掩蔽能力强，与光刻胶粘附性好，然而干氧氧化法的生长速率慢，所以经常同湿氧氧化方法相结合生长SiO2。
（2）水汽氧化在高温下，硅与高纯水产生的蒸汽反应生成SiO2，其反应为：产生的分子沿界面或者以扩散方式通过层散离。
因为水比氧在中有更高的扩散系数和大得多的溶解度，所以水汽氧化的速率一般比较高。
（3）湿氧氧化湿氧氧化的氧化剂是通过高纯水的氧气，高纯水一般被加热到95左右。
通过高纯水的氧气携带一定水蒸气，所以湿氧氧化的氧化剂既含有氧，又含有水汽。
因此，的生长速率介于干氧和水汽氧化之间，与氧气流量、水汽的含量有着密切的关系。
（4）氢氧合成氧化采用高温合成技术进行水汽氧化，在这种氧化系统中，氧化剂是由纯氢和纯氧直接反应生成的水汽，可在很宽的范围内变化的压力。
（5）快速热氧化使用快速热氧化设备进行氧化，用于制造非常薄（<30埃）的氧化层。
2.说明的结构和性质，并简述结晶型和无定型的区别。
答：的中心是Si原子，四个顶点是O原子，顶角上的4个O原子正好与Si原子的4个价电子形成共价键，相邻的Si-O四面体是靠Si-O-Si键桥连接。
其密度一般为2.20g/,熔点1700左右，折射率为波长的函数，密度较大则折射率较大，化学性质十分稳定，室温下只与HF发生反应。
结晶型由Si-O四面体在空间规则排列构成，每个顶角的O原子与两个相邻四面体中心的Si原子形成共价键，Si-O-Si键桥的角度为144；无定型的Si-O四面体的空间排列没有规律，Si-O-Si键桥的角度不固定，在110之间，平均值.相比之下，无定型网络疏松，不均匀，有孔洞。
3.以为例说明的掩蔽过程。
答：当与接触时，就转变为含磷的玻璃体（PSG），其变化过程如图所示。
（a）扩散刚开始，只有靠近表面的转变为含磷的玻璃体；（b）随着扩散的进行，大部分层转变为含磷的玻璃体；（c）整个层都转变为含磷的玻璃体；（d）在层完全转变为玻璃体后，又经过一定时间，层保护的硅中磷已经扩进一定深度。
微细加工习题答案
− x2
e 4Dt
− x2
= CSe 4Dt
∂C(x,t) = − x C(x,t)
∂x
2Dt
1
xj = 2
Dt
⎡ ⎢ln ⎣
⎛ ⎜ ⎝
CS CB
⎞⎤ 2 ⎟⎥ ⎠⎦
≡
A
Dt
(2) 假设扩散系数 D = 10-15 cm2/s，余误差分布的表面浓度 CS = 1019cm-3，高斯分布的杂质总量 QT = 1013cm-2，分别计算出 经 10、30、60 分钟几种扩散时间后余误差分布的杂质总量 QT 和高斯分布的表面浓度 CS 。
=
W2 min
= 0.065μm
kλ
这么薄的光刻胶，没有足够的耐腐蚀性。
第 7 章第 8 题 一种特殊的光刻胶工艺可以分辨MTF≥0.3的图形。用图 7.18计算NA＝0.4，S＝0.5的i线对准机最小尺寸？
解： （参考例 7.1）查图 7.18，当调制传输函数 MTF = 0.3，空间 相干系数 S = 0.5 时，空间频率为 0.59 v0 。
lg
85 40
⎞−1 ⎟⎠
=
3.05
(b)
CMTF = D100 − D0 = 0.36 D100 + D0
第 3 章 补充题
(1) 推导出余误差分布和高斯分布的浓度梯度表达式；假 设衬底杂质浓度为 CB ，试推导出余误差分布和高斯分布的结 深表达式。
(2) 假设扩散系数 D = 10-15 cm2/s，余误差分布的表面浓 度 CS = 1019cm-3，高斯分布的杂质总量 QT = 1013cm-2，分别计 算出经 10、30、60 分钟几种扩散时间后余误差分布的杂质总量 QT 和高斯分布的表面浓度 CS 。
半导体工艺与制造技术习题答案(第三章)
氧化增强扩散机理：硅氧化时，在 Si-SiO2 界面附近产生了大量的间隙 Si 原子，过剩的间 隙 Si 原子可以和替位 B 相互作用，从而使原来处于替位的 B 变为间隙 B。当间隙 B 的近邻 晶格没有空位时，间隙 B 就以间隙方式运动；如果间隙 B 的近邻晶格出现空位时，间隙 B 又可以进入空位变为替位 B。这样，杂质 B 就以替位-间隙交替的方式运动，其扩散速度比 单纯的替位式扩散要快。 氧化阻滞扩散 机理： 用锑代替硼的扩散实验表明，氧化区正下方锑的扩散结深小于保护区 下方的扩散结深，说明在氧化过程中锑的扩散被阻滞。这是因为控制锑扩散的主要机制是空
3.杂质原子的扩散方式有几种？它们各自发生的条件是什么？
答：杂质原子的扩散方式主要有替位式和间隙式两大类。其中替位式分为交换式和空位式。 交换式是由于相邻两原子有足够高的能量，互相交换位置；空位式是由于有晶格空位，相邻 原子能够移动过来。间隙式分为挤出机制和 Frank-Turnbull 机制，挤出机制中，杂质原子踢 出晶格位置上的原子，进入晶格位置；Frank-Turnbull 机制中，杂质原子以间隙的方式进行 扩散运动，遇到空位可被俘获，成为替位杂质。
菲克第二定律表达式为：
针对不同边界条件求出该方程的解，可得出杂质浓度 C 的分布，即 C 与 x，t 的关系。
6.分别写出恒定表面源扩散和有限表面源扩散的边界条件、初始条件、扩散杂质 的分布函数，简述这两种扩散的特点。
答：（1）恒定表面源扩散 边界条件： 初始条件： 扩散杂质的分布函数，服从余误差分布
特点： 杂质分布形式：表面杂质浓度 Cs；时间、温度与扩进杂质总量； 结深：温度、时间与结深； 杂质浓度梯度：Cs 越大或 D 越小的杂质，扩散后的浓度梯度将越大。
习题 4 硅集成电路工艺基础 习题 答案
复习题2-21、试说明热氧化法的两种基本方法，并比较两种方法的主要优缺点。
干氧氧化：是通过把硅暴露在高纯度氧气的高温气氛里完成氧化层均匀生长的方法。
氧化层结构致密、均匀性和重复性好，掩蔽能力强；与光刻胶粘附性较好，不易产生浮胶现象；氧化速度慢。
水汽氧化：高温下，将硅与高纯水产生的水蒸汽反应生成SiO2的方法。
水汽氧化速度更快；且受温度的影响更小；氧化层密度比干氧氧化的小(氧化层结构疏松，质量不如干氧氧化的好)；但可通过在惰性气体中加热氧化来改善；氧化层表面与光刻胶粘附性差，但可用吹干氧（或干氮）热处理来解决。
2、为什么水汽氧化生成的氧化层质量不如干氧氧化层？工艺中采用什么办法来改善其氧化层质量？原因：（1）由于水汽的进入，是网络中大量的桥键氧变为非桥键氧的羟基，使氧化层结构变疏松，密度降低，质量不如干氧氧化的好。
----可通过在惰性气体中加热氧化来改善。
（2）氢留在氧化层中，会产生陷阱或形成潜在的电荷态，造成结构的弱化和疏松。
（3）氧化层表面产生了极性的硅烷醇，它极易吸附水，从而使氧化层表面与光刻胶的粘附性变差。
----可用吹干氧（或干氮）热处理来解决。
3、什么是掺氯氧化？试说明氧化工艺中掺氯的主要优点。
掺氯氧化：在用于热氧化的干氧中填加少量卤素的一种新的热氧化技术，其将氯结合到氧化层中并集中分布在Si-SiO2界面附近，称之为掺氯氧化。
主要优点：可固定(称为钝化或俘获)可动离子，尤其是钠离子(Na+)，即氯有不断清洁含有这些杂质的环境的功效；可中和界面处的电荷堆积，降低了膜层中固定电荷和界面态密度；提高氧化速率提高10%~15%；增加了氧化层下面硅中少数载流子的寿命；减少了SiO2中的缺陷，提高了氧化层的抗击穿能力；减少了硅中的氧化诱生堆垛层错。
4、试说明什么是迪尔-格罗夫模型？试给出迪尔－格罗夫模型的示意图，并说明其物理含义。
Deal-Grove 氧化模型（线性－抛物线模型linear-parabolic model），是可以用固体理论解释的一维平面生长氧化硅的模型，是用来预测氧化层厚度的热动力学模型。
《半导体器件》习题及参考答案
第二章1 一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm ，求零偏压下的总耗尽层宽度、建电势和最大电场强度。
解：)0(,22≤≤-=x x qax dxd p S εψ)0(,22n S D x x qN dxd ≤≤-=εψ 0),(2)(22≤≤--=-=E x x x x qa dx d x p p Sεψ n n SDx x x x qN dx d x ≤≤-=-=E 0),()(εψ x ＝0处E 连续得x n ＝1.07µm x 总=x n +x p =1.87µm⎰⎰=--=-npx x bi V dx x E dx x E V 0516.0)()(m V x qa E p S/1082.4)(252max ⨯-=-=ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。
2 一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp ＝τn ＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。
解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/scm D L p p p 3103-⨯==τ，cm D L n n n 31045.2-⨯==τnp n pn p S L n qD L p qD J 0+=I S =A*J S =1.0*10-16A 。
＋0.7V 时，I ＝49.3µA ， －0.7V 时，I ＝1.0*10-16A3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区存贮的少数载流子总量。
设n 型中性区的长度为1μm ，空穴扩散长度为5μm 。
解：P ＋>>n ，正向注入：0)(20202=---pn n n n L p p dx p p d ，得：)sinh()sinh()1(/00pnn pn kTqV n n n L x W L x W e p p p ---=- ⎰⨯=-=nnW x n n A dx p p qA Q 20010289.5)(4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm ，计算此时击穿电压。
2_《扩散工艺》作业
第二章《扩散工艺》作业
1、1000℃时在硅片中进行磷的预淀积扩散，直到磷的固溶度极限。
扩散时间为20分钟。
预淀积后，硅片表面被密封并在1100℃下做推进扩散。
为获得4.0μm 的结深，推进时间应为多少？假设衬底浓度为1017 cm-3。
推进后表面浓度是多
少？（已知1000℃时磷在硅中的固溶度为1021cm-3，磷的扩散系数为1.39×10-14 cm2/s，1100℃时磷的扩散系数为1.56×10-13 cm2/s ）
2、已知某硼扩散工艺中先进行950℃，11分钟预淀积扩散；再进行1180℃，40分钟推进扩散。
请问，在该工艺中，对硼起掩蔽作用所需的最小氧化层厚度为
多少埃（保留整数）？（已知950℃时硼在SiO2中的扩散系数为10-17 cm2/s ；1180℃时硼在SiO2中的扩散系数为4×10-15 cm2/s ）
3、某硼预淀积工艺的温度为950℃，衬底磷浓度为2×1015cm-3，要求预淀积后的方块电阻为80Ω/□，请确定预淀积所需时间。
（已知扩散层s=660(Ω·cm)-1，硼预淀积时表面浓度为4×1020cm-3， erfc-1(5×10-6) = 2.95，950℃时硼的扩散系数为5×10-15 cm2/s ）。
10、扩散--半导体工艺原理答案
习题解答一、预淀积
二、求余误差分布和高斯分布
三、单晶生长方法？区别？
CZ法特点：
低功率IC的主要原料。
占有～80％的市场。
制备成本较低。
硅片含氧量高。
区熔法（Floating Zone method）特点：
硅片含氧量低、纯度高。
主要用于高功率IC。
制备成本比CZ法高。
难生长大直径硅晶棒。
低阻值硅晶棒、掺杂均匀度较差。
CZ法：
成本低、可做大尺寸晶锭、材料可重复使用更受欢迎
FZ法：
纯度高、成本高、小尺寸晶锭主要用在功率器件
四、晶体缺陷？分类
晶体缺陷(微缺陷) 是指任何妨碍单位晶胞在晶体中重复性地出现。
晶体缺陷依其形式可分为3大类：
五、扩散工艺参数
(1).结深：当用与衬底导电类型相反的杂质进行扩散时，在硅片内扩散杂质浓度与衬底原有杂质浓度相等的地方就
形成了pn结，结距扩散表面的距离叫结深。
(2).薄层电阻Rs（方块电阻）
(3).表面浓度：扩散层表面的杂质浓度。
CH1-6习题解
第一章1.1 计算施主浓度分别为1610、1810、31910-cm 的硅在K 300时的费米能级（以本征费米能级作为参考能级），对掺杂浓度相同的受主杂质进行同样的计算。
解：对施主浓度分别为1610、1810、31910-cm 的硅在K 300时的费米能级为()()()()⎪⎩⎪⎨⎧====⨯==----3193183161010528.010468.010349.0105.1ln 026.0lncm N cm N eV cm N eV N n N kT E E D D D Di D i F 对掺杂浓度相同的受主费米能级为()()()()⎪⎩⎪⎨⎧====⨯==----3193183161010528.010468.010349.0105.1ln 026.0lncm N cm N eV cm N eV N n N kT E E D D D Ai A F i1.2 计算施主掺杂浓度315109-⨯=cm N D 及受主掺杂浓度316101.1-⨯=cm N A 的硅在室温下的电子浓度和空穴浓度以及费米能级的位置。
解：由已知条件⎩⎨⎧⨯=⨯=--316315101.1109cmN cm N A D ，可以判断A D N N <，该半导体为P 型半导体。
其空穴浓度，即多子浓度为3150102-⨯=-=cm N N p D A其电子浓度，即少子浓度为()()3515210020101.1102105.1-⨯=⨯⨯==cm p n n i 其费米能级的位置为()eV n p kT E E i F i 307.0105.1102ln 026.0ln 10150=⨯⨯==-1.4 设电子和空穴的迁移率分别为S V cm ⋅21350和S V cm ⋅2500，试计算本征硅在K 300下的电导率。
当掺入百万分之一的砷后，设杂质全部电离，计算其电导率，并将其与本征硅的电导率进行比较。
解：本征硅的电导率为()()()1619101044.45001350106.1105.1--⋅Ω⨯=+⨯⨯⨯⨯=+=cm q n p n i i μμσ已知硅的原子密度是322105-⨯cm ，掺入百万分之一的砷后，该半导体为N 型半导体，施主杂质浓度为()31662210510105--⨯=⨯⨯=cm N D电子浓度为()3160105-⨯==cm N n D ，忽略少子浓度0p ，电导率为()1161900510 1.610135010.8n n q cm σμ--==⨯⨯⨯⨯=Ω1.5 某Si P -样品的电阻率为cm ⋅Ω20试计算室温下的多数载流子浓度和少数载流子浓度。
《半导体器件》习题与参考答案
第二章1 一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm ，求零偏压下的总耗尽层宽度、建电势和最大电场强度。
解：)0(,22≤≤-=x x qax dxd p S εψ)0(,22n SD x x qN dx d ≤≤-=εψ 0),(2)(22≤≤--=-=E x x x x qa dx d x p p Sεψ n n SDx x x x qN dx d x ≤≤-=-=E 0),()(εψ x ＝0处E 连续得x n ＝1.07µm x 总=x n +x p =1.87µm⎰⎰=--=-npx x bi V dx x E dx x E V 0516.0)()(m V x qa E p S/1082.4)(252max ⨯-=-=ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。
2 一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp ＝τn ＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。
解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/scm D L p p p 3103-⨯==τ，cm D L n n n 31045.2-⨯==τnp n pn p S L n qD L p qD J 0+=I S =A*J S =1.0*10-16A 。
＋0.7V 时，I ＝49.3µA ， －0.7V 时，I ＝1.0*10-16A3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区存贮的少数载流子总量。
设n 型中性区的长度为1μm ，空穴扩散长度为5μm 。
解：P ＋>>n ，正向注入：0)(20202=---pn n n n L p p dx p p d ，得：)sinh()sinh()1(/00pnn pn kTqV n n n L x W L xW e p p p ---=- ⎰⨯=-=nnW x n n A dx p p qA Q 20010289.5)(4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm ，计算此时击穿电压。
硅工艺第7章 外延习题参考答案
3、简述层错法测量外延厚度的原理，及测量时的注意事项。 、简述层错法测量外延厚度的原理，及测量时的注意事项。 原理： 原理： 层错是外延层的一种体内缺陷， 层错是外延层的一种体内缺陷，由于层错一般是由外延层与 衬底界面开始，一直延伸到表面，那么， 衬底界面开始，一直延伸到表面，那么，缺陷图形的边长与 外延层厚度之间就存在一定的比例关系。因此， 外延层厚度之间就存在一定的比例关系。因此，可以通过测 量缺陷图形的边长，换算出外延层的厚度， 量缺陷图形的边长，换算出外延层的厚度，达到测量外延层 厚度的目的。 厚度的目的。 通过显微镜测量出三角形的边长l， 通过显微镜测量出三角形的边长 ，就可以换算出层错四面 体的高度，即外延层的厚度T。 体的高度，即外延层的厚度 。 l
2、什么是自掺杂效应？什么是扩散效应？这两个效应使得 、什么是自掺杂效应？什么是扩散效应？ 衬底/外延界面杂质分布有怎样的变化 外延界面杂质分布有怎样的变化？ 衬底 外延界面杂质分布有怎样的变化？ 自掺杂效应：在外延生长过程中， 自掺杂效应：在外延生长过程中，衬底和外延层中的杂质因 热蒸发、或者因化学反应的副产物对衬底或外延层的腐蚀 副产物对衬底或外延层的腐蚀， 热蒸发、或者因化学反应的副产物对衬底或外延层的腐蚀， 都会使衬底和（ 外延层中的杂质进入到边界层中， 都会使衬底和（或）外延层中的杂质进入到边界层中，改变 了边界层中的掺杂成份和浓度 掺杂成份和浓度， 了边界层中的掺杂成份和浓度，从而导致了外延层中杂质的 实际分布偏离理想情况。 实际分布偏离理想情况。 扩散效应：衬底中的杂质与外延层中的杂质， 扩散效应：衬底中的杂质与外延层中的杂质，在外延生长时 相互扩散， 相互扩散，引起衬底与外延层界面附近的杂质浓度缓慢变化 的现象。 的现象。 界面杂质分布的变化有：界面附近杂质浓度缓变；对于p-n 界面杂质分布的变化有：界面附近杂质浓度缓变；对于 结则引起结位置的移动。 结则引起结位置的移动。
扩散考题
扩散试题考试时间：40分钟姓名：班次：1、每台扩散炉有几个炉管？每个炉管有几个温区？待机温度是多少？2、扩散石英舟有多少个槽？放多少槽假片？3、方块电阻检测每炉需抽检几片？每片测几个点？4、二厂扩散的方块电阻目标值是多少？范围是多少？5、扩散插片需要用到什么工具？插片时的注意事项？6、扩散卸片后卸在洗磷花篮时，扩散面的方向？7、扩散工艺需要使用的气体有哪些？8、POCl3是无色无味的液体么？9、当发现POCl3发生泄漏时，应该做出怎样的第一反应？10、目前扩散运行工艺，是在多高的温度下进行扩散的，600-700℃？800-900℃？1000℃以上？11、扩散插卸片不需要更换PVC手套，可持续使用直至损坏，对吗？12、硅片进入炉管，靠近炉尾的是硅片上边缘还是下边缘？13、硅片进行完扩散工艺后，会在storage上面冷却一段时间，问冷却时间约为多少？5min？10min？12min？14、扩散后硅片部分出现烧焦问题如何处理？15、扩散的目的？16、POCl3液态源扩散方法的优点？17、扩散反应原理？18、影响方块电阻测量的因素？19、运行扩散工艺的七个步骤？20、源瓶温度控制的范围？21、清洗石英制品用到的化学药品？22、方阻异常时该怎样处理？23、上舟后是否需要调整石英舟在slider上的位置？24、卸片顺序？25、未扩散硅片是P型硅还是N型硅？26、硅片在石英舟的线痕方向垂直于地面吗？27、扩散后硅片卸在洗磷花篮的线痕方向与地面平行吗？28、单面扩散扩散的是制绒面还是非制绒面？29、金属物品可以放在插卸片工作台上吗？30、清洗石英舟需要酸洗多长时间？。
扩散习题及解答
自扩散：是在纯金属中的原子或固溶体中的溶质原子由一个平衡位置迁移到另一个平衡位置的单纯由热运动引起的扩散现象。
化学扩散：间隙扩散：间隙扩散是扩散原子在点阵的间隙位置之间跳迁而导致的扩散。
间隙固溶体中溶质原子半径较小，间隙位置数目较多，易发生间隙扩散。
置换扩散：置换扩散以原子跳动到邻近空位的方式进展，因此认为置换扩散也应该是通过单独跳动机制进展的。
它与间隙扩散的区别在于跳动是通过空位进展的，即扩散机制是一种空位扩散机制。
互扩散：是溶质原子和溶剂原子同时存在迁移的扩散。
严格来讲，大局部合金系统的原子扩散都是互扩散。
晶界扩散：熔化的钎料原子沿着母材金属的结晶晶界的扩散现象。
晶界扩散所需要的激活能比体扩散小，因此，在温度较低时，往往只有晶界扩散发生。
而且，越是晶界多的金属，越易于焊接，焊接的机械强度也就越高。
上坡扩散：原子扩散的驱动力是化学位。
在一般情况下，总是从浓度高处向浓度低处扩散，这叫顺扩散，但有时也会发生从浓度低处向浓度高处扩散的现象，成为逆扩散，即上坡扩散。
2、什么叫原子扩散和反响扩散?原子扩散是一种原子在某金属基体点阵中移动的扩散。
在扩散过程中并不产生新相，也称为固溶体扩散。
扩散物质在溶剂中的最大浓度不超过固溶体在扩散温度下的极限浓度，原子扩散有自扩散，异扩散和互扩散三类。
扩散过程不仅会导致固溶体的形成和固溶体成分的改变，而且还会导致相的多形性转变或化合物的形成。
这种通过扩散而形成新相的现象称为反响扩散，也叫相变扩散。
3、什么叫界面控制和扩散控制?试述扩散的台阶机制?[简要解答] 生长速度根本上与原子的扩散速率无关，这样的生长过程称为界面控制。
相的生长或溶解为原子扩散速率所控制的扩散过程称为扩散控制。
如题3图，α相和β相共格，在DE、FG处，由于是共格关系，原子不易停留，界面活动性低，而在台阶的端面CD、EF处，缺陷比拟多，原子比拟容易吸附。
因此，α相的生长是界面间接移动。
随着CD、EF的向右移动，一层又一层，在客观上也使α相的界面向上方推移，从而使α相生长。
硅工艺第3章扩散习题参考答案
6. 写出采用三氯氧磷(POCl3)液态杂质源进行磷扩散的化学 反应方程式，并画出常规液态源磷扩散工艺实现系统。
5POCl3 P2O5 3PCl5 600。C 2P2O5 5Si 5SiO2 4P 4PCl5 5O2 2P2O5 10Cl2 氧过量
7
氧气 载气
4
4. 写出有限表面源扩散的边界条件、初始条件、扩散杂质的 分布函数，并简述该扩散的特点。
1) 边界条件 C ( , t ) = 0
2) 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C数(x，, t)服从高Q斯分e布4xD2t
C(x,t) CS 1 Fra bibliotek2
2 0
x Dt
e2
d
CS
erfc
2
x Dt
4) 特点
a. 杂质分布形式：表面杂质浓度Cs ；时间、温度与扩进杂质 总量；
b. 结深：温度、时间与结深；
c. 杂质浓度梯度： Cs 越大或 D 越小的杂质，扩散后的浓度 梯度将越大。
4) 特点
Dt
a. 杂质分布形式：表面杂质浓度Cs 与扩散深度成反比；杂质 总量不变；
b. 结深：扩散长度、衬底杂质浓度；
c. 杂质浓度梯度：
C(x,t) x C(x,t)
x ( x, t)
2Dt
5
5. 什么是两步扩散工艺，每一步扩散的目的是什么？ 答：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 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， 实际生产中常采用两步扩散工艺：第一步称为 预扩散 或 预 淀积，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 扩散杂质总量；第二步称为 主扩散 或 再分布，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 为高斯函数，目的是控制表面浓度和扩散深度。
硅工艺第二章节氧化习题参考解答
1\tao的取值 2\不能近似
按照表中数据, 在920 ℃下, A=0.5um, B=0.203um2/h, 将值代入式（2.31） 得
由式（2.32）得
5
2. 在某个双极工艺中, 为了隔离晶体管, 需要生长1μm厚 度的场氧化层。由于考虑到杂质扩散和堆垛层错的形成, 氧 化必须在1050℃下进行。如果工艺是在一个大气压下的湿氧 气氛中进行, 计算所需的氧化时间。假定抛物型氧化速率系 数与氧化气压成正比, 分别计算在5个和20个大气压下, 氧 化所需的时间。
第二章 氧化习题参考答案
1
主要公式
(2.5)
x = 0.44 x0
(2.11a)
E为杂质在 SiO2 中的扩散激 氧化层厚度 x0 与消耗掉 活能；D0为表观扩散系数。 的硅厚度 x 的关系
(2.8)
xmin对应用作掩蔽的 SiO2 层 的最小厚度； t为杂质在硅中 达到扩散深度所需时间.
2
x02 + Ax0 = B（t + ） (2.28)
0.2um N+ P
11
T=（900+273）K, k=1.38*10-23, kT=0.1012eV 在非N+区
在N+区
12
x1
x2
？ 根据上图有
N+ ？P
0.2um
原衬底面
13
14
5. 在硅片中刻蚀出1um宽的槽，槽的侧面都是（110）平面。 进行斜角注入，对侧墙掺杂N+，所以线性速率增加到4倍。 然后将结构在1100℃下的水汽中氧化。在氧化过程中什么时 候槽被SiO2填满？ 假设氧化系数比近似为 [(111:110:100)=(1.68:1.2:1.0)].
工业硅成品工艺试题及答案
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。
无机材料科学基础扩散答案第七章
无机材料科学基础扩散答案第七章7-1 略7-2 浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?为什么?解：扩散是由于梯度差所引起的，而浓度差只是梯度差的一种。
当另外一种梯度差，比如应力差的影响大于浓度差，扩散则会从低浓度向高浓度进行。
7-3 欲使Ca2＋在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，要求三价离子有什么样的浓度？试对你在计算中所做的各种特性值的估计作充分说明。
已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV。
解：掺杂M3+引起V’’Ca的缺陷反应如下：当CaO在熔点时，肖特基缺陷的浓度为：所以欲使Ca2＋在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）时都是非本质扩散，M3+的浓度为，即7-4 试根据图7-32查取：（1）CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值；（2）Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值；并计算CaO和Al2O3中Ca2＋和Al3＋的扩散活化能和D0值。
解：由图可知CaO在1145℃和1650℃的扩散系数值分别为，Al2O3在1393℃和1716℃的扩散系数值分别为根据可得到CaO在1145℃和1650℃的扩散系数的比值为：，将值代入后可得，Al2O3的计算类推。
7-5已知氢和镍在面心立方铁中的扩散数据为cm2/s和cm2/s，试计算1000℃的扩散系数，并对其差别进行解释。
解：将T=1000℃代入上述方程中可得，同理可知。
原因：与镍原子相比氢原子小得多，更容易在面心立方的铁中通过空隙扩散。
7-6 在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单晶中，若在1600K温度下，保持硼在硅单晶表面的浓度恒定（恒定源半无限扩散），要求距表面10－3cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要多长时间（已知D1600℃＝8×10－12cm2/s；当时，）？解：此模型可以看作是半无限棒的一维扩散问题，可用高斯误差函数求解。
其中=0，，所以有0.5=，即=0.5，把=10－3cm，D1600℃＝8×10－12cm2/s代入得t=s。
半导体器件习题及答案
第二章1 一个硅p －n 扩散结在p 型一侧为线性缓变结，a=1019cm -4，n 型一侧为均匀掺杂，杂质浓度为3×1014cm －3，在零偏压下p 型一侧的耗尽层宽度为0.8μm ，求零偏压下的总耗尽层宽度、建电势和最大电场强度。
解：)0(,22≤≤-=x x qax dxd p S εψ)0(,22n S D x x qN dxd ≤≤-=εψ 0),(2)(22≤≤--=-=E x x x x qa dx d x p p Sεψ n n SDx x x x qN dx d x ≤≤-=-=E 0),()(εψ x ＝0处E 连续得x n ＝1.07µm x 总=x n +x p =1.87µm⎰⎰=--=-npx x bi V dx x E dx x E V 0516.0)()(m V x qa E p S/1082.4)(252max ⨯-=-=ε,负号表示方向为n 型一侧指向p 型一侧。
2 一个理想的p-n 结，N D ＝1018cm －3，N A ＝1016cm －3，τp ＝τn ＝10－6s ，器件的面积为1.2×10－5cm －2，计算300K 下饱和电流的理论值，±0.7V 时的正向和反向电流。
解：D p ＝9cm 2/s ，D n ＝6cm 2/scm D L p p p 3103-⨯==τ，cm D L n n n 31045.2-⨯==τnp n pn p S L n qD L p qD J 0+=I S =A*J S =1.0*10-16A 。
＋0.7V 时，I ＝49.3µA ， －0.7V 时，I ＝1.0*10-16A3 对于理想的硅p +-n 突变结，N D ＝1016cm －3，在1V 正向偏压下，求n 型中性区存贮的少数载流子总量。
设n 型中性区的长度为1μm ，空穴扩散长度为5μm 。
解：P ＋>>n ，正向注入：0)(20202=---pn n n n L p p dx p p d ，得：)sinh()sinh()1(/00pnn pn kTqV n n n L x W L xW e p p p ---=- ⎰⨯=-=nnW x n n A dx p p qA Q 20010289.5)(4一个硅p +-n 单边突变结，N D ＝1015cm －3，求击穿时的耗尽层宽度，若n 区减小到5μm ，计算此时击穿电压。
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4) 特点 a. 杂质分布形式：表面杂质浓度Cs ；时间、温度与扩进杂质 总量； b. 结深：温度、时间与结深； c. 杂质浓度梯度： Cs 越大或 D 越小的杂质，扩散后的浓度 梯度将越大。 4
2 C ( x, t ) CS 1
x 2 Dt 0
e
2
x d CS erfc 2 Dt
4. 写出有限表面源扩散的边界条件、初始条件、扩散杂质的 分布函数，并简述该扩散的特点。 1) 边界条件 C ( , t ) = 0
2) 初始条件 C（x, 0）= Cs = Q / h， 0 x h ；
第三章 扩散习题参考答案
1
1. 简述杂质在硅晶体中的两种扩散机制。 答： 1）间隙式扩散指间隙式杂质从一个间隙位置运动到相邻的 间隙位置。间隙杂质在间隙位置上的势能相对极小，它 要 运 动 到 相 邻 的 间 隙 位 置 上 ， 必 须 越 过 高 度 为 Wi ＝ 0.6~1.2eV 的势垒，这个能量可依靠热涨落获得。 2）替位式扩散是指替位杂质从一个晶格位置运动到另一个 晶格位置上。首先，替位杂质的近邻要有空位，形成一 个空位所需能量为Wv ；其次，替位杂质在晶格位置上相 对势能最低，而间隙位置处的势能最高，它要运动到近 邻晶格上，必须越过高度为Ws的势垒。所以，替位杂质 要依靠热涨落获得大于Wv+Ws的能量才能进行扩散。
2
2. 写出菲克第一定律和菲克第二定律的表达式。
答：菲克第一定律的表达式
dC ( x, t ) J ( x, t ) D dx
它揭示的含义为：杂质的扩散流密度J正比于杂质浓度梯度 ӘC/Әx，正比于杂质在基体中的扩散系数D(体现了温度T与 扩散流密度J的关系 )。 菲克第二定律也即扩散方程，其表达式为：
C（x, 0）= 0， x > h；
Q e 4 Dt Dt
3) 扩散杂质的分布函数，服从高斯分布x 2
4) 特点 a. 杂质分布形式：表面杂质浓度Cs 与扩散深度成反比；杂质 总量不变； b. 结深：扩散长度、衬底杂质浓度； c. 杂质浓度梯度：
C ( x, t )
C ( x, t ) x C ( x, t ) x ( x , t ) 2 Dt
6
6. 写出采用三氯氧磷(POCl3)液态杂质源进行磷扩散的化学 反应方程式，并画出常规液态源磷扩散工艺实现系统。
5 POCl3 P2O5 3PCl5 2 P2O5 5Si 5SiO2 4 P
600。 C
4 PCl5 5O2 2 P2O5 10Cl2 氧过量
C ( x, t ) 2 C ( x, t ) D t x 2
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 布，即 C 与 x 、 t 的关系。
3
3. 写出恒定表面源扩散的边界条件、初始条件、扩散杂质的 分布函数，并简述该扩散的特点。
1) 边界条件 C (0, t) = Cs ， C(∞, t)= 0
7
石英舟
接排 风口
阀门和流量计 液态源
氧气 载气
温度控制池
液态源扩散系统
8
Hale Waihona Puke 55. 什么是两步扩散工艺，每一步扩散的目的是什么？
答：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 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， 实际生产中常采用两步扩散工艺：第一步称为 预扩散 或 预 淀积，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 扩散杂质总量；第二步称为 主扩散 或 再分布，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 为高斯函数，目的是控制表面浓度和扩散深度。