硅工艺第3章扩散习题参考答案

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1、第三章扩散习题参考答案11.简述杂质在硅晶体中的两种扩散机制。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

2、，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。22.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：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。33.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(∞,

3、t)=02)初始条件C(x,0)=0x>03)扩散杂质的分布函数，服从余误差分布4)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。44.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)=02)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4)特点杂质分布形式：表面杂质浓度Cs与扩

4、散深度成反比；杂质总量不变；结深：扩散长度、衬底杂质浓度；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？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

5、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。66.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。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