《半导体工艺原理—扩散掺杂工艺(2013.5.20)(贵州大学)ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体工艺原理—扩散掺杂工艺(2013.5.20)(贵州大学)ppt课件.ppt（60页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1微电子工艺微电子工艺 -定域掺杂工艺定域掺杂工艺掺杂之扩散工艺掺杂之扩散工艺为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2本章重点本章重点n扩散机理：三种扩散机构扩散机理：三种扩散机构n扩散方程：扩散方程：Fick定律，恒定源扩散（余误差分布），有定律，恒定源扩散（余误差分布），有限元扩散（高斯分布）限元扩散（高斯分布）n扩散系数：主要影响因素扩散系数：主要影响因素n扩散工艺：源、方法，工艺参数扩散工艺：源
2、、方法，工艺参数T，t；测量参数；测量参数R、Xj、Cs、Q参数参数为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3扩散扩散n扩散是微电子工艺中最基本的平面工艺，在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。定区域内扩散，又称热扩散。n目的是通过定域、定量扩散掺杂改变半导体导电类型，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，或形成电阻率，或形成PN结。结。为了规范事业单位聘用关系，
3、建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益4内容内容n杂质扩散机构杂质扩散机构n扩散系数与扩散方程扩散系数与扩散方程n扩散杂质的分布扩散杂质的分布n影响杂质分布的其他因素影响杂质分布的其他因素n设备与工艺设备与工艺n扩散工艺的发展扩散工艺的发展为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5杂质扩散机构杂质扩散机构n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。何物系内的质点都在作热运
4、动。n当物质内有梯度当物质内有梯度(化学位、浓度、应力梯度等化学位、浓度、应力梯度等)存在时，由于热运存在时，由于热运动而触发动而触发(导致导致)的质点定向迁移即所谓的扩散。的质点定向迁移即所谓的扩散。因此，扩散是一因此，扩散是一种种传质传质过程，宏观上表现出物质的定向迁移。过程，宏观上表现出物质的定向迁移。n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。趋于均匀。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益6扩散的微观机制扩散的微观机制(a)间隙
5、式扩散（间隙式扩散（interstitial）(b)替位式扩散（替位式扩散（substitutional）间间隙隙扩扩散散杂质：杂质：O，Au，Fe，Cu，Ni，Zn，Mg替位替位扩扩散散杂质杂质：As，Al，Ga，Sb，Ge。替位原子的运动一般是以近邻替位原子的运动一般是以近邻处有处有空位空位为前题为前题B，P，一般作为替代式扩，一般作为替代式扩散杂质，实际情况更复杂，散杂质，实际情况更复杂，包含了硅自间隙原子的作包含了硅自间隙原子的作用，称填隙式或推填式扩用，称填隙式或推填式扩散散为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合
6、法权益7固相扩散工艺固相扩散工艺n微电子工艺中的扩散，是杂质在晶体内的扩散，微电子工艺中的扩散，是杂质在晶体内的扩散，是固相扩散工艺。是固相扩散工艺。n固相扩散是通过微观粒子一系列随机跳跃来实固相扩散是通过微观粒子一系列随机跳跃来实现的，这些跳跃在整个三维方向进行，主要有现的，这些跳跃在整个三维方向进行，主要有三种方式三种方式 间隙式扩散间隙式扩散 替位式扩散替位式扩散 间隙间隙替位式扩散替位式扩散为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益8间隙式扩散间隙式扩散间隙原子扩散势场示意图间隙原子扩散势场示意图Wi=0.6-1
7、.2eV为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益9 按照玻尔兹曼统计规律，获得大于能过按照玻尔兹曼统计规律，获得大于能过Wi的几率正比的几率正比于于exp(-WikT)k：玻尔兹曼常数：玻尔兹曼常数 kT:平均振动能，平均振动能，0.026eV 0：振动频率，振动频率，1013-1014/s跳跃率跳跃率室温下，室温下，约每分钟一次。约每分钟一次。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益10替位式扩散替位式扩散 产生替位式扩散必需存在空位。产生替
8、位式扩散必需存在空位。晶体中空位平衡浓度相当低，晶体中空位平衡浓度相当低，室温下，替位式扩散跳跃率约每室温下，替位式扩散跳跃率约每1045年一次。年一次。Ws空位浓度空位浓度为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益11间隙间隙-替位式扩散替位式扩散n许多杂质即可以是替位式也可以是间隙式溶许多杂质即可以是替位式也可以是间隙式溶于晶体的晶格中，并以间隙于晶体的晶格中，并以间隙-替位式扩散。替位式扩散。n这类扩散杂质的跳跃率随这类扩散杂质的跳跃率随空位空位和和自间隙自间隙等缺等缺陷的浓度增加而迅速增加。陷的浓度增加而迅速增加
9、。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益12间隙间隙-替位式扩散替位式扩散杂质原子被从晶杂质原子被从晶格位置格位置“踢出踢出”(Kick-out)AVA+I Ai 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益13扩散系数与扩散方程扩散系数与扩散方程n晶体衬底中杂质扩散流密度与杂质浓度晶体衬底中杂质扩散流密度与杂质浓度梯度成正比。比例系数梯度成正比。比例系数D定义为杂质在衬定义为杂质在衬底中的扩散系数。底中的扩散系数。Fick第一扩散定律第一扩散定
10、律为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益14一、一、Fick第一定律第一定律 稳定扩散：稳定扩散：扩散质点浓度不随时间变化扩散质点浓度不随时间变化 推动力：推动力：浓度梯度浓度梯度描述：描述：在扩散过程中，体系内部各处扩散质点的在扩散过程中，体系内部各处扩散质点的浓度浓度不随时间变化不随时间变化，在，在x方向各处方向各处扩散流量相等扩散流量相等。定律含义：定律含义：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积上扩散的物质数量和浓度梯度成正比。积上扩散的物质数量和浓度梯度成正比。为了规范事
11、业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益15扩散过程中溶质原子的分布为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益16J 扩散通量，单位时间通过单位截面的质点数扩散通量，单位时间通过单位截面的质点数(质点数质点数/s.cm2)D 扩散系数，单位浓度梯度的扩散通量扩散系数，单位浓度梯度的扩散通量 (m2/s 或或 cm2/s)C 质点数质点数/cm3“”表示粒子从高浓度向低浓度扩散，即逆浓度梯度方向扩散表示粒子从高浓度向低浓度扩散，即逆浓度梯度方向扩散表达式：表
12、达式：为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益17此式表明：此式表明：(1)扩散速率取决于扩散速率取决于 外界条件外界条件 C/x 扩散体系的性质扩散体系的性质 D(2)扩散系数扩散系数D可作为表征扩散的一个参量。它不仅与扩散机构，也与扩散介可作为表征扩散的一个参量。它不仅与扩散机构，也与扩散介质和外部条件质和外部条件(单位浓度梯度、单位截面、单位时间通过的质点数单位浓度梯度、单位截面、单位时间通过的质点数)有关。有关。D取决于取决于 质点本身的性质：质点本身的性质：半径、电荷、极化性能等半径、电荷、极化性能等 基质：
13、基质：结构紧密程度，结构紧密程度，缺陷的多少缺陷的多少 扩散系数是物质的一个物性指标扩散系数是物质的一个物性指标为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益18扩散系数扩散系数（以替位式推导）（以替位式推导）nD0为表观扩散系数为表观扩散系数nE为扩散激活能为扩散激活能(cm2/s)E/kT)(D)/kTw(wvaDPaDxC(x,t)PaP,taxaCP,taxaCJvsvvvv-=+-=-=+-=expexp2200222为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单
14、位和职工的合法权益19Si中杂质类型中杂质类型n间间隙隙式式杂杂质质 主主要要是是A和和A族族元元素素，有有：Na、K、Li、H等等，它它们们通通常常无无电电活活性性，在在硅硅中中以以间间隙隙方方式式扩扩散散，扩散速率快。扩散速率快。n替替位位式式杂杂质质 主主要要是是A和和A族族元元素素，具具有有电电活活性性，在在硅硅中中有有较较高高的的固固浓浓度度。以以替替位位方方式式扩扩散散为为主主，也也存存在在间间隙隙-替位式扩散，扩散速率慢，称为慢扩散杂质。替位式扩散，扩散速率慢，称为慢扩散杂质。n间间隙隙替替位位式式杂杂质质 大大多多数数过过渡渡元元素素：Au、Fe、Cu、Pt、Ni、Ag等等。都
15、都以以间间隙隙-替替位位方方式式扩扩散散，约约比比替替位位扩扩散散快快五五六六个个数数量量级级，最最终终位位于于间间隙隙和和替替位位这这两两种种位位置置，位位于间隙的杂质无电活性，位于替位的杂质具有电活性。于间隙的杂质无电活性，位于替位的杂质具有电活性。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益20根据杂质在晶体中的扩散系数分n快扩散杂质：H，Li,Na,Cu,Fe,K,Au,He,Ag,n慢扩散杂质：Al,P,B,Ga,Tl,Sb，Asn在高温工艺中，如扩散、外延，掺杂元素的扩散系数小些好为了规范事业单位聘用关系，建立
16、和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益21扩散系数扩散系数为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益22菲克第二定律菲克第二定律 当扩散处于非稳态，即各点的浓度随时间而改变时，利用第一定律不容易求出。通常的扩散过程大都是非稳态扩散，为便于求出，还要从物质的平衡关系着手，建立第二个微分方程式。讨论晶体中杂质浓度与扩散时间的关系，又称第二讨论晶体中杂质浓度与扩散时间的关系，又称第二Fick定定律。律。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员
17、聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益23第二扩散定律第二扩散定律dxJJ+dJSx x+dx为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益24扩散杂质的分布扩散杂质的分布n扩散工艺是要将具有电活性的杂质，在一定温度，以一定扩散工艺是要将具有电活性的杂质，在一定温度，以一定速率扩散到衬底硅的特定位置形成速率扩散到衬底硅的特定位置形成pn结，或者得到所需的结，或者得到所需的掺杂浓度。掺杂浓度。n扩散工艺重要的工艺参数包括：扩散工艺重要的工艺参数包括：杂质的分布杂质的分布 表面浓度表面浓度 结深结深 掺入杂质总量掺入杂质总量为了
18、规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益25恒定表面源扩散恒定表面源扩散n指硅一直处于杂质氛围中，硅片表面达到了该指硅一直处于杂质氛围中，硅片表面达到了该扩散温度的固溶度扩散温度的固溶度Cs。解扩散方程：。解扩散方程：n边界条件为：边界条件为：C(0，t)=Cs C(，t)=0n初始条件为：初始条件为：C(x，0)=0，x0 n恒定表面源扩散杂质分布情况恒定表面源扩散杂质分布情况xCBCsxj1 xj2 xj3C(x,t)t1t2t30为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，
19、保障用人单位和职工的合法权益26恒定表面源扩散恒定表面源扩散nerfc称为余误差函数。恒定源扩散杂质浓度服从余误差分布，延长扩散称为余误差函数。恒定源扩散杂质浓度服从余误差分布，延长扩散时间：时间：表面杂质浓度不变；表面杂质浓度不变；结深增加；结深增加；扩入杂质总量增加；扩入杂质总量增加；杂质浓度梯度减小。杂质浓度梯度减小。结深结深杂质数量杂质数量杂质浓度梯度杂质浓度梯度为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益27有限表面源扩散有限表面源扩散 n指杂质源在扩散前积累于硅片表面指杂质源在扩散前积累于硅片表面薄层薄层h内，
20、内，Q为为单位面积杂质总量，单位面积杂质总量，解扩散方程：解扩散方程：边界条件边界条件:C(x,0)=Q/h,0 xhXXj1 Xj2 Xj3CsCsCs”t1t2t3C(x,t)CB0 hn有限表面源扩散杂质分布情况有限表面源扩散杂质分布情况为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益28有限表面源扩散有限表面源扩散n有限源扩散杂质浓度是一种高斯函数分布。延长扩散时间：有限源扩散杂质浓度是一种高斯函数分布。延长扩散时间：杂质表面浓度迅速减小；杂质表面浓度迅速减小；杂质总量不变；杂质总量不变；结深增加；结深增加；杂质浓度梯
21、度减小杂质浓度梯度减小。杂质浓度梯度杂质浓度梯度杂质表面浓度杂质表面浓度结深结深为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益29两步扩散n预淀积（预扩散）低温，短时，恒定表面源扩散杂质扩散很浅，杂质数量可控n主扩散（再分布）高温，扩散同时伴随氧化控制表面浓度和扩散深度为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益30影响杂质分布的其他因素影响杂质分布的其他因素n前面推导的杂质分布形式理想化n实际上理论分布与实际分布存在一定的差异n主要是因为硅中掺杂原子的
22、扩散，除了与空位有关外，还与硅中其它类型的点缺陷有密切的关系。n氧化增强扩散n发射区推进效应为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益31硅中点缺陷硅中点缺陷n空位空位 V0、V+、V-、V2-n自间隙自间隙 I、n替位杂质替位杂质 A，间隙杂质间隙杂质Ain间隙原子团间隙原子团 AI；AV；(AI)-为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益32杂质原子与点缺陷的结合杂质原子与点缺陷的结合n自间隙与杂质的结合可以自间隙与杂质的结合可以促促进扩散运
23、动进扩散运动。n如氧化时产生大量自间隙原如氧化时产生大量自间隙原子，子，AI团增大，导致扩散能团增大，导致扩散能力增加。力增加。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益33扩散系数与杂质浓度的关系扩散系数与杂质浓度的关系n扩散系数和空位成正比：扩散系数和空位成正比：DVn实际空位：实际空位：V=V0+V+V-+V2-+EcEvE2-E-E+0.11eV0.44eV0.06-0.16eV硅中空位的能带图硅中空位的能带图为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职
24、工的合法权益34扩散系数与杂质浓度的关系扩散系数与杂质浓度的关系n硅衬底的掺杂浓度对杂质的扩散系数有影响，衬底掺杂浓度硅衬底的掺杂浓度对杂质的扩散系数有影响，衬底掺杂浓度Ce比扩散温度下本征载流子浓度比扩散温度下本征载流子浓度Ci高时高时(CeCi 1019/cm3)，将使扩散系数显著提高，称之为将使扩散系数显著提高，称之为场助扩散效应场助扩散效应。本征扩散系数：本征扩散系数：非本征扩散系数：非本征扩散系数：为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益35发射区推进效应发射区推进效应n也称为也称为发射区陷落效应发射区陷落效
25、应。B扩散的增强是由于磷与空位扩散的增强是由于磷与空位相互作用形成的相互作用形成的PV对，发生分解所带来的复合效应。对，发生分解所带来的复合效应。xbcebnpn掺掺BP扩散扩散掺掺P为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益36氧化增强扩散氧化增强扩散(OED)n硼在氧化气氛中的扩散存在明显增强现象，磷、砷也有此硼在氧化气氛中的扩散存在明显增强现象，磷、砷也有此现象。现象。n原因是氧化诱生堆垛层错产生大量自填隙原因是氧化诱生堆垛层错产生大量自填隙Si，间隙，间隙-替位式替位式扩散中的扩散中的“踢出踢出”机制提高了扩散系
26、数。机制提高了扩散系数。氧化层氧化层B有限源扩散有限源扩散氮化物氮化物p-Sin-Si氮化物氮化物n-Si氧化层氧化层掺掺BCB1019O2I+B IB为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益37氧化阻滞扩散氧化阻滞扩散n锑扩散是以替位方式进行，氧化堆垛层错带来的自填隙锑扩散是以替位方式进行，氧化堆垛层错带来的自填隙硅填充了空位，减少了空位浓度。硅填充了空位，减少了空位浓度。锑在氧化气氛中的扩锑在氧化气氛中的扩散却被阻滞。散却被阻滞。氮化物氮化物n-Sip-Si氧化层氧化层氮化物氮化物p-Si氧化层氧化层Sb有限源扩散
27、有限源扩散CBD（111）n晶格缺欠越多，扩散速率也越大。晶格缺欠越多，扩散速率也越大。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益42扩散设备与工艺扩散设备与工艺n扩散设备扩散设备多是炉丝加热的热壁式扩散炉。和氧化炉相类似。多是炉丝加热的热壁式扩散炉。和氧化炉相类似。n根据扩散源的不同有三种根据扩散源的不同有三种扩散工艺扩散工艺：固态源扩散，液态源扩：固态源扩散，液态源扩散，气态源扩散。散，气态源扩散。n选择源选择源必需满足必需满足固溶度固溶度、扩散系数扩散系数要求。要求。n选择好选择好掩蔽膜掩蔽膜。为了规范事业单位聘用
28、关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益43固态源扩散固态源扩散n扩散方式扩散方式n开管扩散开管扩散n箱式扩散箱式扩散n涂源扩散涂源扩散n固态源固态源 n陶瓷片或粉体：陶瓷片或粉体：BN、B2O3、Sb2O5、P2O5等等石英管石英管接排风接排风阀和流量计阀和流量计载载气气铂源舟铂源舟石英舟和硅片石英舟和硅片开管固态源扩散开管固态源扩散系统系统为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益44液态源扩散液态源扩散n液态源液态源 POCl3、BBr3、B(CH3O)3 （
29、TMB）接排风接排风阀和流量计阀和流量计载载气气石英舟和硅片石英舟和硅片石英管石英管温度控温度控制池制池源瓶和源瓶和液相源液相源液相源扩散系统液相源扩散系统为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益45气态源扩散气态源扩散n气态源气态源 BCl3、B2H6、PH3、AsH3石英管石英管接排风接排风阀和质量阀和质量流量计流量计气气源源石英舟和硅片石英舟和硅片气态源扩散系统气态源扩散系统为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益46n一步工艺一步工艺
30、是惰性气氛下的恒定源扩散，杂质分布服从余误差函数；是惰性气氛下的恒定源扩散，杂质分布服从余误差函数；n两步工艺两步工艺 分为预淀积（预扩散）、再分布（主扩散）两步。分为预淀积（预扩散）、再分布（主扩散）两步。n预淀积预淀积是惰性气氛下的是惰性气氛下的恒定源扩散恒定源扩散，目的是在扩散窗口硅表层扩，目的是在扩散窗口硅表层扩入总量入总量Q一定的杂质。一定的杂质。n再分布再分布是氧气氛或惰性气氛下的是氧气氛或惰性气氛下的有限源扩散有限源扩散，将窗口杂质再进一，将窗口杂质再进一步向片内扩散，目的是使杂质在硅中具有一定的表面浓度步向片内扩散，目的是使杂质在硅中具有一定的表面浓度Cs、分、分布布C（x）、
31、且达到一定的结深）、且达到一定的结深xj，有时还需生长氧化层。，有时还需生长氧化层。实际扩散工艺实际扩散工艺为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益47NPN管的硼扩散管的硼扩散n原理原理 2 B2O3+3Si 4B+3SiO2 n选源选源 固态固态BN源使用最多，必须活化源使用最多，必须活化 活化：活化：4BN+3O2 2B2O3+2N2n特点特点 B与与Si原子半径相差较大，有伴生应力缺陷，能造成晶格损伤。硼原子半径相差较大，有伴生应力缺陷，能造成晶格损伤。硼在硅中的最大固溶度达在硅中的最大固溶度达4*1020/c
32、m3，但浓度在，但浓度在1020/cm3以上有结团现象。以上有结团现象。n工艺工艺 两部工艺，预淀积为恒定源扩散，用氮气保护，再分布有限源扩两部工艺，预淀积为恒定源扩散，用氮气保护，再分布有限源扩散，生长氧化层（干氧散，生长氧化层（干氧-湿氧湿氧-干氧）干氧）900-1100 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益48B扩散工艺流程扩散工艺流程n预淀积，一般预淀积温度较低，时间也较短。氮气保护。预淀积，一般预淀积温度较低，时间也较短。氮气保护。n漂硼硅玻璃，予淀积后的窗口表面有薄薄的一层硼硅玻璃，用漂硼硅玻璃，予淀积
33、后的窗口表面有薄薄的一层硼硅玻璃，用HF漂去。漂去。n再分布，温度较高，时间也较长。通氧气，直接生长氧化层。再分布，温度较高，时间也较长。通氧气，直接生长氧化层。n测方块电阻测方块电阻，方块电阻是指表面为正方形的薄膜，在电流方向方块电阻是指表面为正方形的薄膜，在电流方向的电阻值。的电阻值。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益49方块电阻方块电阻Rn一个重要的工艺参数，又称薄一个重要的工艺参数，又称薄膜电阻膜电阻RsllXjIn-SiP-Si为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人
34、员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益50NPN管的磷扩散管的磷扩散n原理原理 2P2O5+5Si 4P+5SiO2n选源选源 固态固态P2O5陶瓷片源使用最多，无须活化。陶瓷片源使用最多，无须活化。n特点特点 磷是磷是n形替位杂质，形替位杂质，B与与Si原子半径接近，杂质原子半径接近，杂质浓度可达浓度可达1021/Cm3，该浓度即为电活性浓度。，该浓度即为电活性浓度。n工艺工艺 与硼扩相近两步工艺，不漂磷硅玻璃。与硼扩相近两步工艺，不漂磷硅玻璃。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益51NPN管管Nx5*1020
35、10183*1016N+PNN型型erfc分布分布P型高斯分布型高斯分布N型衬底型衬底0 Xebj XbcjNx发射区发射区基区基区集电区集电区B扩：扩：D1t1D2t2为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益52工艺条件的确定与质量检测工艺条件的确定与质量检测n工艺指标工艺指标n杂质表面浓度杂质表面浓度Csn结深结深xjn薄层电阻薄层电阻Rsn分布曲线分布曲线C(x)n工艺条件工艺条件(T,t)的确定的确定n解析扩散方程获得工艺条件，目前用计算机模拟获得工艺参数。解析扩散方程获得工艺条件，目前用计算机模拟获得工艺参数
36、。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益53扩散质量检测扩散质量检测n工艺参数：结深、杂质分布方块电阻、电阻率工艺参数：结深、杂质分布方块电阻、电阻率 n染色法测结深染色法测结深n阳极氧化测分布函数阳极氧化测分布函数n四探针法测电阻率、方块电阻四探针法测电阻率、方块电阻 n电参数测量电参数测量 nI-V曲线曲线为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益54染色法测结深染色法测结深原理原理：Si的电极电位低于的电极电位低于Cu，Si能从硫酸铜染色
37、液中把能从硫酸铜染色液中把Cu置换出置换出来，而且在来，而且在Si表面上形成红色表面上形成红色Cu镀层，又由于镀层，又由于N型型Si的标准电极的标准电极电位低于电位低于P型型Si的标准电极电位，因此会先在的标准电极电位，因此会先在N型型Si上先有上先有Cu析出，析出，这样就把这样就把P-N结明显的显露出来。结明显的显露出来。染色液染色液：CuSO45H2O：48%HF：H2O=5g：2mL：50mLXj=Lsin 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益55四探针法测电阻率、方块电阻四探针法测电阻率、方块电阻n四探针法
38、是目前广泛四探针法是目前广泛采用的标准册电阻率采用的标准册电阻率方法，它具有操作方方法，它具有操作方便，精度较高，对样便，精度较高，对样品的几何形状无严格品的几何形状无严格要求等优点。要求等优点。II1 2 3 4为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益56I-V曲线测量曲线测量n由不良的由不良的pn结反向特性结反向特性I-V曲线了解工艺情况曲线了解工艺情况为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益57扩散工艺的发展扩散工艺的发展n快速气相掺杂快
39、速气相掺杂(rapid vapor-phase doping RVD)n气体浸没激光掺杂气体浸没激光掺杂(gas immersion laser doping GILD)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益58快速气相掺杂快速气相掺杂nRVD利用快速热处理过程将处在掺杂气氛中的硅片快速均匀利用快速热处理过程将处在掺杂气氛中的硅片快速均匀地加热，同时掺杂剂发生反应产生杂质原子，杂质原子直接地加热，同时掺杂剂发生反应产生杂质原子，杂质原子直接从气态转变为被硅表面吸附的固态，固相扩散，能形成从气态转变为被硅表面吸附的固态
40、，固相扩散，能形成超浅超浅结结。n杂质分布是非理想的指数形式，类似固态扩散，峰值在表面杂质分布是非理想的指数形式，类似固态扩散，峰值在表面为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益59气体浸没激光掺杂气体浸没激光掺杂nGILD是是高能激光照射处于气态源高能激光照射处于气态源(PF5或或BF3)中的硅表面，使其表中的硅表面，使其表面熔融，源由于热解或光解产生面熔融，源由于热解或光解产生杂质原子，通过液相扩散（比在杂质原子，通过液相扩散（比在固相快约固相快约8个数量级），杂质快速个数量级），杂质快速并均匀地扩散到整个熔化层中
41、。并均匀地扩散到整个熔化层中。激光照射停止，熔体固相外延转激光照射停止，熔体固相外延转变为晶体。由熔体变为晶体的速变为晶体。由熔体变为晶体的速度非常快度非常快(3ms)。同时杂质。同时杂质进入晶格激活，掺杂只发生在表进入晶格激活，掺杂只发生在表面的一薄层内。面的一薄层内。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益60本章重点本章重点n扩散机理：三种扩散机构扩散机理：三种扩散机构n扩散方程：扩散方程：Fick定律，恒定源扩散（余误差分布），有定律，恒定源扩散（余误差分布），有限元扩散（高斯分布）限元扩散（高斯分布）n扩散系数：主要影响因素扩散系数：主要影响因素n扩散工艺：源、方法，工艺参数扩散工艺：源、方法，工艺参数T，t；测量参数；测量参数R、Xj、Cs、Q参数参数