扩散工艺学习课件.pptx
第三章扩散工艺;掺杂技术就是将所需要的杂质，以一定的方式（合金、扩散或离子注入等）加入到硅片内部，并使在硅片中的数量和浓度分布符合预定的要求。利用掺杂技术，可以制作P-N结、欧姆接触区、IC中的电阻、硅栅和硅互连线等等。;
合金法是早期产生半导体器件常用的形成p-N结的方法。自从硅平面技术问世以后，合金法已经被扩散法取代了。扩散技术是一种制作P-N结的好方法。随着集成电路的飞速发展，扩散工艺已日臻完善，其设备和操作也大多采用电子计算机进行控制了。;
扩散是微观粒子的一种极为普遍的热运动形式，运动结果使浓度分布趋于均匀。
集成电路制造中的固态扩散工艺，是将一定数量的某种杂质掺入到硅晶体或其他半导体晶体中去，以改变电学性质，并使掺入的杂质数量、分布形式和深度等都满足要求。
;扩散是向半导体中掺杂的重要方法之一，也是集成电路制造中的重要工艺。
目前扩散工艺以广泛用来形成晶体管的基极、发射极、集电极，双极器件中的电阻，在MOS制造中形成源和漏、互连引线，对多晶硅的掺杂等
;离子注入是目前VLSI优越的掺杂工艺。就目前我国升昌集成电路来看，离子注入不能说完全代替了扩散工艺，但至少许多原来由扩散工艺所完成的加工工序，都已经被离子注入取代了，这是时代发展的必然结果。;§3.1杂质扩散机构;;3、间隙杂质要从一个间隙位置运动到相邻的间隙位置上，必须要越过一个势垒，势垒高度Wi一般为0.6~1.2ev。
4、间隙杂质只能依靠热涨落才能获得大于Wi的能量，越过势垒跳到近邻的间隙位置上。
5、跳跃率：Pi=v0e-wi/kT
温度升高时Pi指数地增加。;二、替位式扩散
1、替位杂质：占据晶格位置的外来原子。
2、替位式扩散：替位杂质从一个晶格位置到另一个晶格位置上。只有当替位杂质的近邻晶格上出现空位，替位杂质才能比较容易地运动到近邻空位上。运动如下图所示。
3、替位杂质运动比间隙杂质更困难，首先要在近邻出现空位，同时还要依靠热涨落获得大于势垒高度Ws的能量才能实现替位运动。
4、跳跃率Pv=v0e-(Ws+Wv)/kT
Wv表示形成一个空位所需能量。
;;
§3.2扩散原理（即扩散系数和扩散方程）;扩散时质量守衡，J随时间变化与随空间变化相同－－连续性方程;考虑施加恒定电场E时：;二.扩散系数;1.扩散系数与温度有关：如上图;2.扩散工艺激活能?E，
?间隙扩散物质：如He,H2,O2,Au,Na,Ni,Cu,Fe。?E在0.2～2.0eV之间
?替位扩散物质：如B,As,P,Sb
?E在3～4eV之间;§3.3扩散杂质的分布;;2.有限表面源扩散
扩散散前在硅片表面先淀积一层杂质，在整个过程中，这层杂质作为扩散源，不再有新源补充，杂质总量不再变化。这种类型的扩散称为有限表面源扩散。
其扩散后杂质浓度分布为高斯函数分布
;2020/10/1;3.两步扩散;预淀积（或预扩散）：温度低、时间短
主淀积（或推进）：温度高、时间长
预淀积（或预扩散）现已普遍被离子注入代替;§3.4影响杂质分布的其他因素（实际杂质分布(偏离理论值)）;;2、杂质浓度对扩散系数的影响;其中Di0、Di＋(p/ni)、Di－(n/ni)、Di2(n/ni)2分别表示中性、正一价、负一价、负二价的高浓度杂质－－空穴对的非本征条件下的有效扩散系数。;3、电场效应;4、发射区推进效应;5、热氧化过程中的杂质再分布
(杂质分凝);6、氧化增强扩散;7、硅片晶向的影响;§3.5扩散工艺;反应式：3Sb2O3+3Si=4Sb+SiO2
优点：
1）可使用纯Sb2O3粉状源，避免了箱法扩散中烘源的麻烦；
2)两步扩散，不象箱法扩散那样始终是高浓度恒定表面源扩散，扩散层缺陷密度小；
3）表面质量好，有利于提高表面浓度。;二.常见扩散方法;;;液态源扩散－－常用POCl3;影响扩散参量的因素;§3.3扩散杂质的分布;;2.有限表面源扩散
扩散散前在硅片表面先淀积一层杂质，在整个过程中，这层杂质作为扩散源，不再有新源补充，杂质总量不再变化。这种类型的扩散称为有限表面源扩散。
其扩散后杂质浓度分布为高斯函数分布
;2020/10/1;3.两步扩散;预淀积（或预扩散）：温度低、时间短
主淀积（或推进）：温度高、时间长
预淀积（或预扩散）现已普遍被离子注入代替;§3.4影响杂质分布的其他因素（实际杂质分布(偏离理论值)）;;2、杂质浓度对扩散系数的影响;