chap3 扩散工艺3.3,3.4,3.5.ppt

§3.3 扩散杂质的分布 扩散方式有两种：恒定表面源扩散和有限表面源扩散。 1.恒定表面源扩散 扩散过程中，硅片表面杂质浓度始终不变，这种类型的扩散称为恒定表面源扩散。 其扩散后杂质浓度分布为余误差函数分布。 特点： （1)杂质分布形式：在表面浓度一定的情况下，扩散时间越长，杂质扩散的就越深，扩到硅内的杂质数量也就越多。 （2）结深 （3）杂质浓度梯度：在CS和CB一定的情况下P-N结越深，在结处的杂质浓度梯度就越小 2. 有限表面源扩散 扩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 特点： （1）杂质分布形式：当温度相同时，扩散时间越长，杂质扩散的就越深，表面浓度就越低。当扩散时间相同时，扩散温度越高，杂质扩散的就越深，表面浓度下降的就越多。 （2）结深：在杂质分布形式相同的情况下，CB越大，结深就越深。 （3）杂质浓度梯度：随扩散深度的增加而减小。 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)） 一、二维扩散 一般横向扩散(0.75~0.85)*Xj(Xj纵向结深) 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。  不难发现扩散衬底杂质浓度将严重影响扩散系数 六、热氧化过程中的杂质再分布(杂质分凝) 七、氧化增强扩散 §3.5 扩散工艺 一．双温区锑扩散 制作双极型集成电路的隐埋区时，常用锑和砷作杂质。因为它们的扩散系数小，外延时自掺杂少，其中又因为锑毒性小，故生产上常用锑。 系统特点：用主辅两个炉子，产生两个恒温区。杂质源放在低温区，硅片放在高温区。 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 固态源扩散：如B2O3、P2O5、BN等 §3.6扩散工艺的发展（自学） * * 余误差函数分布（erfc） 表面浓度恒定 杂质总量增加 扩散深度增加 高斯函数分布（Gaussian） 表面浓度下降(1/?t ) 杂质总量恒定 结深增加 关键参数 Cs（表面浓度） xj （结深） Rs（薄层电阻） Xj 0.75~0.85Xj 二、横向扩散 其中Di0 、 Di＋、 Di－、 Di2－分别表示中性 、正一价、负一价、负二价的低浓度杂质－－空穴对的本征扩散系数。 三、杂质对扩散系数的影响 非本征掺杂扩散系数比本征掺杂扩散系数高一个数量级！！ 在杂质浓度很高时，扩散系数不再是常数，而与掺杂浓度相关 四、电场效应 当掺杂浓度远大于本征载流子浓度时，h 接近 2。 电场效应对于低浓度本体杂质分布影响更大 V2- :二价负 电荷空位 N+ P N- 5、发射极推进效应（Emitter Push effect） 硼:m1 磷:m1 砷:m1 1 ）OED（ oxidation enhanced ）：对于原子B或P来说，其在硅中的扩散可以通过间隙硅原子进行。氧化时由于体积膨胀，造成大量Si间隙原子注入，增加了B和P的扩散系数 （1＋2?）Si＋2OI＋2?V?SiO2＋2?I＋stress A+I AI 2）抑制扩散（retarded diffusion）ORD：对于Sb来说，其在硅中的扩散主要是通过空位进行。 氧化注入间隙?间隙和空位在硅中复合 ?硅中空位浓度减小?Sb的扩散被抑制 As受间隙和空位扩散两种机制控制，氧化时的扩散受影响较小 八、晶向的影响 利用载气（如N2）稀释杂质气体，杂质气体在高温下与硅表面硅原子发生反应，释放出杂质原子向硅中扩散。 气态杂质源(剧毒气体) : 磷烷（PH4）、砷烷（AsH3）、氢化锑（SbH3）、乙硼烷（H2B6）等 惰性气体作为载气把杂质源蒸气输运到硅片表面，在扩散温度下，杂质化合物与硅反应生成单质杂质原子相硅内扩散。 锑的箱法扩散 硅片与扩散源同放一箱内， 在N2气保护下扩散 源 ： Sb2O3 : SiO2 = 1:4 (粉末重量比