哈工大微电子工艺期末考题

哈工大微电子工艺 掺杂工艺

微电子工艺(3)--定域掺杂工艺田丽

哈工大微电子工艺 掺杂工艺

第3章 扩散

扩散是微电子工艺中最基本的平面工艺， 在900-1200℃的高温，杂质(非杂质)气 氛中，杂质向衬底硅片的确定区域内扩散， 又称热扩散。目的是通过定域、定量扩散掺杂改变半导 体导电类型，电阻率，或形成PN结。2

哈工大微电子工艺 掺杂工艺

内容

3.1 杂质扩散机构3.2 扩散系数与扩散方程 3.3 扩散杂质的分布 3.4 影响杂质分布的其他因素 3.5 设备与工艺 3.6 扩散工艺的发展3

哈工大微电子工艺 掺杂工艺

3.1 杂质扩散机构

扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于绝对 零度时，任何物系内的质点都在作热运动。 当物质内有梯度(化学位、浓度、应力梯度等)存在时， 由于热运动而触发(导致)的质点定向迁移即所谓的扩 散。因此，扩散是一种传质过程，宏观上表现出物质 的定向迁移。

扩散是一种自然现象，是微观粒子热运动的形式，结 果使其浓度趋于均匀。

哈工大微电子工艺 掺杂工艺

扩散的微观机制(a) 间隙式扩散(interstitial) (b) 替位式扩散(substitutional)

间隙扩散杂质：O, Au,Fe,Cu,Ni, Zn

1-1 思考题

1-1-1.典型PN结隔离工艺与分立器件NPN管制造工艺有什么不同（增加了哪些主要工序）？

增加工序的的目的是什么？ 答：分立器件NPN管制造工艺：外延→一氧→一次光刻→B掺杂→二氧→二次光刻

→P掺杂→三氧→三次光刻→金属化→四次光刻。

典型PN结隔离工艺：氧化→埋层光刻→埋层扩散→外延→二氧→隔离光刻→

隔离扩散、推进（氧化）→基区光刻→基区扩散、再分布（氧化）→发射区光刻→发射区扩散、氧化→引线孔光刻→淀积金属→反刻金属→淀积钝化层→光刻压焊点→合金化及后工序。

增加的主要工序：埋层的光刻及扩散、隔离墙的光刻及扩散。 目的：埋层：1、减小串联电阻；2、减小寄生PNP晶体管的影响。 隔离墙：将N型外延层隔离成若干个“岛”，并且岛与岛间形成两个背靠背的反偏二极管，从而实现PN结隔离。

1-1-2.NPN管的电极是如何引出的？集电极引出有什么特殊要求？

答：集成电路中的各个电极均从上表面引出。要求：形成欧姆接触电极：金属与

参杂浓度较低的外延层相接触易形成整流接触（金半接触势垒二极管）。因此，外延层电极引出处应增加浓扩散。

1-1-3.典型PN结隔离工艺中隔离扩散为什么放在基区扩散之前而不放在基区扩散或发射区扩散之后？

哈工大2004年春季学期

班号 姓名 题号 分数

一、填空或选择（20分）

1、N型半导体是在半导体中掺入 五 价杂质，其中多数载流子是 电子 。 2、在模拟放大电路中，三极管一般工作在输出特性的 放大 区；在数字电路中它一般工作在 饱和 区或 截止 区，此时也称它工作在 开关 状态。

3、电路如下图所示，TG为CMOS传输门，G为TTL与非门，则C=0, P= 0 ；C=1时，P= /A 。 基 础 电 子 技 术 试 题

一 二 三 四 五 六 七 八 总分 BCATG1C4、乙类功放电路如下图所示。已知

10k?&PVCC?12V，RL?8?，UCES?0，ui为正弦电压，

则负载上可能得到的最大输出功率为 9W ；每个管子的管耗至少应为 1.8W 。

?VCCT1viT2?VCCRL

5、当温度升高时，双极性三极管的β将 增加 ，反向饱和电流ICEO 增加 ，正向结压降UBE 减小 ，晶体管的共射输入特性曲线将 左移 ，输出特性曲

. . . zyzl . .

CRYSTAL GROWTH AND EXPITAXY

1．画出一50cm 长的单晶硅锭距离籽晶10cm 、20cm 、30cm 、40cm 、45cm 时砷的掺杂分布。（单晶硅锭从融体中拉出时，初始的掺杂浓度为1017cm -3）

2．硅的晶格常数为5.43?．假设为一硬球模型：

(a)计算硅原子的半径。

(b)确定硅原子的浓度为多少(单位为cm -3)?

(c)利用阿伏伽德罗(Avogadro)常数求出硅的密度。

3．假设有一l0kg 的纯硅融体，当硼掺杂的单晶硅锭生长到一半时，希望得到0.01 Ω·cm 的电阻率，则需要加总量是多少的硼去掺杂?

4．一直径200mm 、厚1mm 的硅晶片，含有5.41mg 的硼均匀分布在替代位置上，求： (a)硼的浓度为多少?

(b)硼原子间的平均距离。

5．用于柴可拉斯

《金属工艺学》学习指导

姜永军

内蒙古科技大学机械学院

2006.9

上册

★第一章 金属结构

1、 试画出纯铁的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。

2、 室温和1100°C时的纯铁晶格有什么不同？高温（1000°C）的铁丝进行缓慢冷却时，

为什么会发生伸长的现象？

3、 为什么单晶体有各向异性，而实际的金属（未经过塑性变形的）通常是各向同性？ 4、 指出铁素体、奥氏体、渗碳体在晶体结构、含碳量和性能上有何不同。 5、 根据铁碳合金状态图，说明产生下列现象的原因：

（1）含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。

（2）在1100°C，含碳量为0.4%的钢能进行锻造，含碳量为4.0%的白口铁不能锻造。 （3）钢适宜通过压力加工成形，而铸铁适宜通过铸造成形。

6、 分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过程和室温组织

第二章 金属的工艺性能

★1、 什么是结晶过冷度？它对金属的结晶过程、铸件的晶粒大小及铸件的机械性能有

何影响？

2、 如果其它条件相同，试比较在下列条件下铸件晶粒的大小，并解释原因。

（1）金属型浇注与砂型浇注； （2）铸成薄件与铸成厚件； （3）浇注时采用震动与不采用震动。

CRYSTAL GROWTH AND EXPITAXY

1．画出一50cm长的单晶硅锭距离籽晶10cm、20cm、30cm、40cm、45cm时砷的掺杂分布。（单晶硅锭从融体中拉出时，初始的掺杂浓度为1017cm-3） 2．硅的晶格常数为5.43?．假设为一硬球模型： (a)计算硅原子的半径。

(b)确定硅原子的浓度为多少(单位为cm-3)?

(c)利用阿伏伽德罗(Avogadro)常数求出硅的密度。

3．假设有一l0kg的纯硅融体，当硼掺杂的单晶硅锭生长到一半时，希望得到0.01 Ω·cm的电阻率，则需要加总量是多少的硼去掺杂?

4．一直径200mm、厚1mm的硅晶片，含有5.41mg的硼均匀分布在替代位置上，求： (a)硼的浓度为多少?

(b)硼原子间的平均距离。

5．用于柴可拉斯基法的籽晶，通常先拉成一小直径(5.5mm)的狭窄颈以作为无位错生长的开始。如果硅的临界屈服强度为2×106g/cm2，试计算此籽晶可以支撑的200mm直径单晶硅锭的最大长度。

6．在利用柴可拉斯基法所生长的晶体中掺入硼原子，为何在尾端的硼原子浓度会比籽晶端的浓度高?

7．为何晶片中心的杂质浓度会比晶片周围的大?

8．对

《金属工艺学》学习指导

姜永军

内蒙古科技大学机械学院

2006.9

1

上册

★第一章 金属结构

1、 试画出纯铁的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。

2、 室温和1100°C时的纯铁晶格有什么不同？高温（1000°C）的铁丝进行缓慢冷却时，

为什么会发生伸长的现象？

3、 为什么单晶体有各向异性，而实际的金属（未经过塑性变形的）通常是各向同性？ 4、 指出铁素体、奥氏体、渗碳体在晶体结构、含碳量和性能上有何不同。 5、 根据铁碳合金状态图，说明产生下列现象的原因：

（1）含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。

（2）在1100°C，含碳量为0.4%的钢能进行锻造，含碳量为4.0%的白口铁不能锻造。 （3）钢适宜通过压力加工成形，而铸铁适宜通过铸造成形。

6、 分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过程和室温组织

第二章 金属的工艺性能

★1、 什么是结晶过冷度？它对金属的结晶过程、铸件的晶粒大小及铸件的机械性能有

何影响？

2、 如果其它条件相同，试比较在下列条件下铸件晶粒的大小，并解释原因。

（1）金属型浇注与砂型浇注； （2）铸成薄件与铸成厚件； （3）浇注时采用震动

哈尔滨工业大学（威海）2011/2012学年秋季学期

教师姓名：________________学生姓名：_________________学号：_____________________班号：________________ 大 学 物 理 A 试题卷（B卷）

? 卷面满分70分。考试时间2小时。

? 铅笔答题者、姓名学号书写不当者，试卷无效。 题号 一 二 三-1 三-2 三-3 三-4 卷面 合计 分数 平时成绩

总 成 绩 一、得分

一、 选择题（共20分，每小题2分，答案写在下表中） 小题 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1. 设某种气体的分子速率分布函数为f (v)，则速率在v 0─v1区间内的分子的平均

速率为： (A) (C)

??v1v0v1vf?v?dv??0f?v?dv． (B)

?v1v0vf?v?dvv1v0?f?v?dv．

v0v1v0vf?v?dv． (D) v?vf?v?dv.

2. 一定量的理想气体，经历某过程后，

哈尔滨工业大学（威海）2011/2012学年秋季学期

教师姓名：________________学生姓名：_________________学号：_____________________班号：________________ 大 学 物 理 A 试题卷（B卷）

? 卷面满分70分。考试时间2小时。

? 铅笔答题者、姓名学号书写不当者，试卷无效。 题号 一 二 三-1 三-2 三-3 三-4 卷面 合计 分数 平时成绩

总 成 绩 一、得分

一、 选择题（共20分，每小题2分，答案写在下表中） 小题 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1. 设某种气体的分子速率分布函数为f (v)，则速率在v 0─v1区间内的分子的平均

速率为： (A) (C)

??v1v0v1vf?v?dv??0f?v?dv． (B)

?v1v0vf?v?dvv1v0?f?v?dv．

v0v1v0vf?v?dv． (D) v?vf?v?dv.

2. 一定量的理想气体，经历某过程后，

晶体结构：

1． 画出金刚石的晶体结构示意图并给出相应碳原子的坐标；画出金刚石晶体的空间点阵示意图并写出名

称；计算金刚石晶体中每个晶胞含碳原子数和原子堆积系数。

1

金刚石配位数为4

2． 试比较闪锌矿结构（如GaAs）与金刚石立方结构（如Si）上的异同性？

同：都服从电子-原子比等于4，结构很相似，都可以看作是两个相互渗透FCC晶格交替而成，都是四面

体键合。

异：1、闪锌矿与金刚石结构相比具有较低的对称性

2、闪锌矿结构中具有米勒指数为111和111的

溶解和腐蚀速度也不同

3.闪锌矿晶体的解理面在{100}面，而金刚石的解理面通常在{111}面。

化合物与固溶体

3、在化合物晶体中掺杂杂质所占据的替代位置一般遵循的基本原则？

掺杂原子在化合物半导体晶格中讲占据化学势达到最下的位置

一般来说，金属掺杂原子偏析到金属亚晶格A的位置，非金属掺杂原子偏析到非金属亚晶格A的位置

4、试说明硅原子在GaAs中具有的两性掺杂特性与掺杂条件？硅原子在GaAs中的这种特性有何重要应用？ 硅原子在GaAs晶格的取代位置是由硅原子的化学势决定的，当硅取代A亚晶格上的镓时可以作为n型掺杂剂, 当取代B晶格上的砷时可作为P型掺杂剂 在室温时硅原子取代镓原子，为n型