第6章擴散精選課件■概述■擴散工藝■擴散方程■擴散分布■擴散工藝質量檢測精選課件■

在lC制造中主要采用擴散法和離子注入法。■高濃度深結摻雜采用熱擴散法，淺結高精度摻雜用離子注入法。

一、概述1、摻雜和擴散1）摻雜(Doping)用人為的方法將所需雜質按要求的濃度和分布摻入到半導體材料中，達到改變材料的電學性質、形成半導體器件結構的目的，稱之為“摻雜"。2）摻雜的方法合金法、擴散法、離子注入法。3）常用的摻雜雜質P(磷)、B(硼)、As(砷)、Sb(銻)精選課件3）形成場效應晶體管中的漏區和源區擴散工藝在IC制造中的主要用途：1）形成硅中的擴散層電阻2）形成雙極型晶體管的基區和發射區精選課件1）擴散運動：物質的隨機熱運動，趨向于降低其濃度梯度；即存在一個從高濃度區向低濃度區的凈移動。2）擴散工藝：利用雜質的擴散運動，將所需要的雜質摻入硅襯底中，并使其具有特定的濃度分布。3）研究雜質在硅中的擴散運動規律的目的：二、擴散工藝■

開發合適的擴散工藝，預測和控制雜質濃度分布。■

研究IC制造過程中其他工藝步驟引入的擴散過程對雜質分布和器件電特性的影響。精選課件(1)氣態源：

AsH3，PH3，B2H6(2)固態源：1、目前的擴散工藝已基本被離子注入取代，只有在進行重摻雜時還用擴散工藝進行。2、擴散工藝的分類主要取決于雜質源的形態，常見的雜質源形態包括：單磷酸銨(NH4H2PO4)砷酸鋁(AlAsO4)精選課件硼源：BBr3(沸點90℃)磷源：POCl3(沸點107℃)(3)液態源精選課件■

防止引入污染■

工藝參數控制：溫度分布、氣流量和排片方式、片間距等■

工藝控制手段：前饋方式(試片)、使用假片3、擴散設備類似于氧化爐管。4、擴散工藝的控制要點：精選課件精選課件(2)填隙式擴散兩種基本擴散機制：(1)替代式擴散三、擴散方程精選課件（一）費克一維擴散方程描述擴散運動的基本方程——費克第一定律其中，C是雜質濃度，D是擴散率(擴散系數)，F是雜質凈流量根據物質守恒定律，雜質濃度隨時間的變化率與擴散流量的減小相等，即：精選課件上式被稱為費克擴散方程代入式3，得到費克第二定律假設D與位置無關，可簡化為：精選課件■硅中雜質的擴散率曲線(低濃度本征擴散)：精選課件■替代式擴散需要的激活能比填隙式的大■擴散系數：其中，Ea為激活能；D0是一個與溫度無關的系數，取決于晶格結構和振動頻率。(cm2/s)精選課件“固溶度”：平衡態下雜質可溶于半導體材料的最高濃度，與溫度有關。四、擴散分布在任何大于零的時刻，表面的雜質濃度固定此時擴散方程的解為：Cs是固定的表面雜質濃度(/cm3)恒定表面源(濃度)擴散又被稱為預淀積擴散；在實際工藝中，Cs的值一般都是雜質在硅中的固溶度。被稱為特征擴散長度；1）第一種邊界條件：(恒定源擴散)精選課件由(1)摻入硅中的雜質總量(劑量，/cm2)隨擴散時間變化：假設襯底雜質濃度為CB，擴散雜質與襯底雜質反型討論恒定源擴散(2)計算擴散形成的PN結結深：精選課件精選課件這是一個中心在x=0處的高斯分布2）第二種邊界條件：(有限源擴散)此時擴散方程的解為：擴散過程中初始的雜質總量S是固定的精選課件由(1)硅表面的雜質濃度(/cm3)隨擴散時間延長而降低：如果襯底雜質濃度為CB，擴散雜質與襯底雜質反型，討論有限源擴散(2)計算擴散形成的PN結結深：精選課件第二步：主擴散3）實際擴散工藝(1)先進行恒定表面源的預淀積擴散(溫度低，時間短)，擴散很淺，目的是控制進入硅片的雜質總量；(2)以預擴散雜質分布作為摻雜源再進行有限表面源的再分布擴散，又稱主擴散，通過控制擴散溫度和時間以獲得預期的表面濃度和結深（分布）。為獲得足夠淺的預淀積分布，也可改用離子注入方法取代預擴散步驟。第一步：預淀積擴散“恒定源”+“有限源”的兩步擴散法精選課件2、主要的檢測項目：五、擴散工藝質量檢測獲取作為深度和橫向位置函數的雜質濃度(雜質分布)1、目的：精選課件■

擴散工藝是重要的摻雜技術之一，擴散過程決定了雜質在硅中的濃度和分布■一維擴散的費