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集成电路制造技术——原理与工艺(第3版)课件 4.5 热扩散工艺方法与条件.pptx

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集成电路制造技术集成电路制造技术JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU ——原理与工艺主讲/某某某 扩散工艺条件与方法扩散扩散工艺条件与方法JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU 扩散工艺条件与方法 1.1扩散方法的选择开管扩散:扩散的重复性和稳定性都好,而且扩散方便,价廉,但是污染大,对于毒性大的杂质源不能采用。闭管扩散: 扩散的均匀性、重复性较好,扩散时受外界影响少,但是效率低,每次破碎石英管。在大面积深结扩散时常采用这种方法。工艺简单、成熟,既有闭管扩散的特点,又有开管扩散的优点,但是扩散时间长、效率较低,双极型集成电路的埋层扩散,通常采用箱式锑扩散。箱法扩散:箱法扩散设备 扩散工艺条件与方法 1.2杂质源选择固态源用法便利,对设备要求不高,是应用较多的扩散源,主要有BN、B2O3、Sb2O5、P2O5等陶瓷片或粉体源。液态源操作方便,生产效率高,重复性和均匀性都较好,在大量生产中应用较多,主要有POCl3、BBr3等。气态源主要有PH3、AsH3、BCl3等,这些气体的毒性大,且易燃易爆,实际生产中很少采用。液态源扩散 扩散工艺条件与方法 1.2杂质源选择还应考虑下面几点:对所选择的杂质,SiO2掩膜应能起着有效的掩蔽作用;在硅中的固溶度要大于所需要的表面浓度;相继扩散杂质的扩散系数应搭配适当,先扩的应小,后扩的大;纯度高,杂质电离能小,使用方便、安全等。 扩散工艺条件与方法 1.3常用杂质的扩散工艺1. 硼扩散(以NPN晶体管基区扩散为例) 硼是使用最多的P型杂质,在硅中的最大固溶度为4×1020原子/cm3,与硅原子半径相差较大,有伴生应力缺陷,能造成晶格损伤。硼扩原理2B2O3 + 3Si → 4B +3SiO2 选源通常使用BN陶瓷片源,必须活化 活化反应:4BN + 3O2 → 2B2O3 + 2N2工艺两步工艺,第一步预淀积为恒定源扩散;第二步再分布为限定源扩散,同时生长氧化层。与Si表面化学反应: 扩散工艺条件与方法 1.3常用杂质的扩散工艺B扩工艺流程清洗→预淀积→漂硼硅玻璃→再分布→测方块电阻预淀积工艺条件:T≈985℃,t≈20min,N2保护0.5 L/min。漂硼硅玻璃,是用10%的HF漂掉扩散窗口表面的BSG。再分布工艺条件:T≈1170℃,干氧10min-湿氧(水温95℃)40min-干氧10min。测方块电阻,通过测方块电阻来了解掺杂情况。n-SiSiO2p-siBSGP-Si 扩散工艺条件与方法 1.3常用杂质的扩散工艺2. 磷扩散(以NPN晶体管发射区扩散为例)磷是使用最多的n型杂质,在硅中的最大固溶度可达1021原子/cm3,与硅原子半径相当,伴生应力缺陷小。磷扩原理2P2O5 + 5Si → 4P + 5SiO2选源通常使用含P2O5陶瓷片源工艺与硼扩相近的两步工艺,只是中间不漂磷硅玻璃。n-SiSiO2P-Sin-Sin-Si预淀积工艺条件:T ≈ 1170 ℃,t ≈ 12mim,N2保护0.5 L/min。再分布工艺条件:T ≈ 970 ℃,干氧5min-湿氧(水温95℃)25min-干氧7min。 扩散工艺条件与方法 1.3常用杂质的扩散工艺NPN晶体管杂质分布Nx5×102010183×1016N+PNN型erfc分布P型高斯分布N型衬底0 Xebj XbcjNx发射区基区集电区 B扩:D1t1 D2t2 杂质近似为高斯分布 P扩:D1t1D2t2 杂质近似为服从余误差分布 扩散工艺条件与方法 1.3常用杂质的扩散工艺3. 砷与锑扩散 DAs、DSb 是DP、DB 的十分之一,因此适于作为前扩散杂质,如埋层扩散或浅结扩散的杂质。 As的扩散方式一般是采用闭管式,源为3%砷粉末,固溶度最高Cs=2×1021原子/cm3。 Sb的一般是采用箱式,源为Sb2O5固态粉末源,固溶度最高Cs=2-5×1019原子/cm3。
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