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1、第二章習(xí)題解答電子工程系王彩琳2.1某數(shù)字IC的埋層采用銻箱法擴散,溫度為1200℃,擴散時間為2h,(1)P型硅襯底的電阻率為8?·cm,求n+埋層的厚度;(2)忽略襯底摻雜的補償作用,求n+埋層的平均雜質(zhì)濃度和方塊電阻。解:由于銻箱法擴散屬于恒定表面源擴散,因此它遵循余誤差分布。根據(jù)題意,p-Si襯底的?為8?·cm,查圖ρ~CB知,當(dāng)ρ=8Ω·cm時,CB=1.6×1015cm-3;查圖D~T可知,當(dāng)擴散T=1200℃,Sb的D=3×10-13cm2/s;查圖CSOl~T可知,當(dāng)擴散T=1200℃,CSOl=6×1019cm-3p-Sin+-Sip-EPInbpe銻擴散2525ρ~CB的
2、關(guān)系曲線雜質(zhì)硅中的固溶度雜質(zhì)在<111>硅中的擴散系數(shù)lnD~1/T的關(guān)系A(chǔ)1A2A值與CS/CB的關(guān)系曲線根據(jù)結(jié)深的計算公式,,A的值可用兩種方法求出。當(dāng)擴散時間為2h時,n+埋層的厚度為:n+埋層的雜質(zhì)總量Q0為:忽略襯底摻雜的補償作用,所求n+埋層的平均雜質(zhì)濃度為:所求出n+埋層的方塊電阻為:電子和空穴遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系查圖C~?可知,當(dāng)C=1.15×1019cm-3,取?n=72cm2/s;查依爾芬曲線:硅中n型余誤差函數(shù)分布擴散層的平均電導(dǎo)率?與表面濃度Cs的關(guān)系曲線,根據(jù)方塊電阻的計算公式,可求出n+埋層的方塊電阻為:當(dāng)CB=1.6×1015cm-3,Cs=6×1019cm-3
3、時,對應(yīng)曲線x/xj=0,?=150/?·cm。查閱:張屏英周佑謨編《晶體管原理》P319頁圖VII-1b2.3某硅集成電路采用的N型外延層的電阻率為0.4?·cm,其晶體管基區(qū)硼預(yù)淀積溫度為950℃,時間為10min;再分布的溫度為1180℃,時間為50min,(1)求預(yù)淀積摻入的雜質(zhì)總量、結(jié)深和方塊電阻;(2)求再分布后的表面濃度,結(jié)深和方塊電阻。解:根據(jù)題意知晶體管基區(qū)硼擴散屬于兩步擴散:預(yù)沉積屬于恒定表面源擴散,它遵循余誤差分布。再分布屬于有限表面源擴散,它遵循高斯分布。查圖ρ~NB知,當(dāng)ρ=0.4Ω·cm時,CB=1.2×1016cm-3;查圖D~T可知:當(dāng)T1=950℃,B的D1=
4、4×10-15cm-2/s;當(dāng)T2=1180℃,B的D2=1.5×10-12cm-2/s;查圖CSOl~T可知:當(dāng)T=950℃,CSOl=4×1020cm-3;已知預(yù)沉積時間:t1=10min;再分布時間:t2=50min;所求的預(yù)沉積時摻入的雜質(zhì)總量為:(1)預(yù)沉積:A1A2A值與NS/NB的關(guān)系曲線所求的預(yù)沉積時的結(jié)深為:所求的預(yù)沉積時的方塊電阻為:查圖C~?可知:當(dāng)C=7.86×1019cm-3,取?p=55cm2/s;(2)再分布:再分布時表面濃度為:所求的再分布時的結(jié)深為:所求的再分布時的方塊電阻為:2.4硅IC采用的N型外延層的電阻率為0.4?·cm,要求基區(qū)硼擴散的結(jié)深為2?m,
5、方塊電阻為200Ω/□;現(xiàn)采用兩步擴散方式,試分別確定預(yù)淀積和再分布的溫度和時間。解:思路:從已知條件入手:xj2=2?m和R□2=200Ω/□①先利用xj2=2?m和R□2=200Ω/□的關(guān)系計算出?2,并利用?~CS2的關(guān)系曲線查出CS2,再用xj2與CS2和D(T2)的關(guān)系確定t2。②利用CS2和T2及t2計算出雜質(zhì)劑量Q0,再根據(jù)Q0與t1的關(guān)系求出t1?;蛘呃肅S2與T2及t2和T1及t2的關(guān)系,直接指定T1再求出t1。經(jīng)驗值:T1=800~1000℃,t1?10min;T2>1000℃,t2?60min.擴散層的電導(dǎo)率為:由上式可知:當(dāng)溫度T2確定后,則擴散系數(shù)D2(T2)便可確
6、定,從而擴散時間t2也可確定。根據(jù)題意知:N型外延層的電阻率為0.4?·cm;查圖ρ~CB知,當(dāng)ρ=0.4Ω·cm時,CB=1.2×1016cm-3;由上式可知:當(dāng)T2、t2及T1確定后,則預(yù)沉積表面濃度CS1和擴散系數(shù)D1均可確定,從而擴散時間t1也可確定。設(shè)T2=1180℃時,查圖D~T可知:B的D2=1.5×10-12cm2/s;所以,當(dāng)T2=1180℃時,t2=18.4min。可見時間太短。設(shè)T2=1120℃時,查圖D~T可知:B的D2=3×10-13cm2/s;所以,當(dāng)T2?1140℃時,t2?55.3分鐘時可滿足設(shè)計要求。取T2=1140℃時,查圖D~T可知:B的D2=5×10-1
7、3cm2/s;設(shè)T1=900℃時,查圖D~T可知:B的擴散系數(shù)D1=8×10-16cm2/s;查圖CSOl~T可知:B的固溶度CSOl=3.8×1020cm-3;可見,當(dāng)T1=900℃時,t1=14.8min,時間稍長。設(shè)T1=950℃,查圖D~T可知:B的擴散系數(shù)D1=4×10-15cm2/s;查圖CSOl~T可知:B的固溶度CSOl=4×1020cm-3;可見,當(dāng)T1=950℃時,t1=2.6