扩散工艺

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扩散工艺知识

第三章扩散工艺在前面“材料工艺”一章，我们就曾经讲过一种叫“三重扩散”的工艺，那是对衬底而言相同导电类型杂质扩散.这样的同质高浓度扩散，在晶体管制造中还常用来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻.除了改变杂质浓度，扩散的另一个也是更主要的一个作用,是在硅平面工艺中用来改变导电类型,制造PN 结。

第一节扩散原理扩散是一种普通的自然现象，有浓度梯度就有扩散。

扩散运动是微观粒子原子或分子热运动的统计结果.在一定温度下杂质原子具有一定的能量,能够克服某种阻力进入半导体,并在其中作缓慢的迁移运动。

一．扩散定义在高温条件下，利用物质从高浓度向低浓度运动的特性，将杂质原子以一定的可控性掺入到半导体中，改变半导体基片或已扩散过的区域的导电类型或表面杂质浓度的半导体制造技术，称为扩散工艺。

二．扩散机构杂质向半导体扩散主要以两种形式进行:1．替位式扩散一定温度下构成晶体的原子围绕着自己的平衡位置不停地运动。

其中总有一些原子振动得较厉害，有足够的能量克服周围原子对它的束缚，跑到其它地方，而在原处留下一个“空位".这时如有杂质原子进来，就会沿着这些空位进行扩散,这叫替位式扩散。

硼（B ）、磷(P ）、砷（As ）等属此种扩散。

2．间隙式扩散构成晶体的原子间往往存在着很大间隙，有些杂质原子进入晶体后，就从这个原子间隙进入到另一个原子间隙,逐次跳跃前进.这种扩散称间隙式扩散.金、铜、银等属此种扩散。

三．扩散方程扩散运动总是从浓度高处向浓度低处移动。

运动的快慢与温度、浓度梯度等有关。

其运动规律可用扩散方程表示，具体数学表达式为:N D tN 2∇=∂∂ （3—1) 在一维情况下,即为： 22xN D t N ∂∂=∂∂ （3-2）式中:D 为扩散系数,是描述杂质扩散运动快慢的一种物理量；N 为杂质浓度；t 为扩散时间；x 为扩散到硅中的距离。

四．扩散系数杂质原子扩散的速度同扩散杂质的种类和扩散温度有关.为了定量描述杂质扩散速度，引入扩散系数D 这个物理量，D 越大扩散越快。

扩散工艺的化学原理

扩散工艺的化学原理扩散工艺是一种将固体材料中的原子或分子在另一固体材料中扩散的方式。

它是一种重要的材料加工技术，被广泛应用于半导体行业、材料科学、电子设备制造等领域。

1.气相扩散：气相扩散是一种将气体原子或分子从高浓度区域扩散到低浓度区域的过程。

它广泛应用于半导体制造中。

在气相扩散过程中，气体原子或分子通过与被处理材料的表面发生化学反应来扩散。

这种化学反应的速率由固体表面与气体界面之间的反应速率决定。

例如，氮化硅薄膜的制备常采用氨气(NH3)与硅表面上的硅原子发生反应，形成氮化硅层。

氨气的浓度差异使其向硅表面扩散，反应的速率主要取决于氨气与硅表面反应的速率。

2.液相扩散：液相扩散是指液体中原子或分子通过扩散来实现的过程，这种扩散通常发生在固体表面和液体之间。

液相扩散常用于金属合金的制备。

在液相扩散过程中，金属原子在固相间扩散，并在固体和液体相界面处重新结晶。

液体中的浓度差异是驱动液相扩散的主要原因。

例如，当固体镍和固体铬在液体中混合时，镍原子和铬原子会相互扩散使合金形成均匀的镍铬分布。

这种液相扩散过程中，镍原子和铬原子之间的化学反应被加速，形成新的镍铬化合物。

3.固相扩散：固相扩散是指固体材料中的原子或分子通过固体晶界、点缺陷、空位等的移动来实现的扩散过程。

固相扩散通常发生在材料的固态结构中，是一种非常缓慢的过程。

固相扩散的速率取决于晶体中原子或分子的浓度差异以及晶界和缺陷的性质。

例如，金属在高温下会发生固相扩散。

当金属中的原子在晶界或点缺陷处移动时，它们会在固态结构中扩散，从而改变金属的组织结构和性能。

这种固相扩散对于合金的制备和材料的加工具有重要意义。

总之，扩散工艺是通过利用浓度差异从而使固体材料中的原子或分子在其它材料中扩散的一种技术。

气相扩散、液相扩散和固相扩散是扩散工艺的常见形式，它们的化学原理基于热运动和化学反应，其中浓度差异是驱动扩散的主要力量。

这些扩散过程对于材料的合成、改性和加工具有重要作用，广泛应用于各个领域。

扩散的工艺流程

扩散的工艺流程
《扩散的工艺流程》
扩散是一种重要的化工工艺，用于在固体材料之间或在固体和液体之间进行物质交换。

扩散工艺在许多领域都有广泛的应用，包括制造半导体、热处理金属、药物传递等。

扩散的工艺流程通常包括以下几个步骤：
1. 初步准备：在进行扩散之前，首先需要准备好需要进行扩散的材料和介质。

这包括清洗和处理表面，以确保材料表面的纯净度和平整度。

2. 热处理：扩散通常需要高温条件下进行，因此热处理是一个关键的步骤。

材料被置于高温炉中进行加热，以促进扩散的进行。

3. 扩散介质选择：选择合适的介质对于扩散的进行是非常重要的。

一般来说，气体、液体和固体都可以作为扩散介质。

4. 扩散过程：一旦准备好材料和介质，扩散过程就可以进行了。

材料置于介质中，并在一定的时间和温度条件下进行扩散操作。

5. 控制扩散速率：在扩散过程中，需要对扩散速率进行控制。

这可以通过调节温度、压力和介质浓度来实现。

6. 结果分析：一旦扩散完成，需要对扩散结果进行分析。

这包
括检测扩散的深度和速率，以及材料的性能变化情况。

扩散工艺流程需要严格控制各个环节，以确保最终的扩散效果符合预期。

同时，还需要对扩散过程中的安全性进行充分考虑，以确保操作过程稳定可靠。

通过严谨的工艺流程，扩散工艺可以为各种领域提供高质量的材料和产品。

第二章扩散

本体原子
杂质原子
不需要自填隙本体原子来推动扩散过程的进行
3、Fair空位模型：
建立在空位扩散机制的基础上
1）“空位电荷"：中性空位俘获电子，使其带负电；中性空位的邻位原子失去电子，可使空位带正电。 2）空位模型：总扩散率是所有荷电状态的空位的扩散率的加权总和，加权系数是这些空位存在的概率。带电空位的数量总扩散率表达式：
■
硅中杂质的扩散率曲线(低浓度本征扩散)：
■ 中性空位的扩散率：
其中，E0a是中性空位的激活能(eV)；
D00是一个与温度无关的系数，取决于晶格结构和振动频率。(cm2/s)
■
如果必须考虑带电空位的扩散率，则扩散率就是位置的函
数，因而费克第二定律方程必须采用数值方法来求解。
4、费克第二定律的分析解
1、横向扩散：杂质在纵向扩散的同时，也进行横向的扩散
■
一般横向扩散长度是纵向扩散深度的0.75 - 0.85；
横向扩散的存在影响IC集成度，也影响PN结电容。
■
2、内建电场的影响
高温下杂质处于离化状态，杂质离子与电子(空穴)同时向低浓度方向扩散。电子(空穴)扩散速度快，形成空间电荷层，建立一自建电场，使离子运动形式为扩散+漂移。有效扩散系数Deff
费克简单扩散方程 1）第一种边界条件：(预淀积扩散) 在任何大于零的时刻，表面的杂质浓度固定
此时扩散方程的解为：被称为特征扩散长度(pm)； Cs是固定的表面杂质浓度(/cm3) 预淀积扩散又被称为恒定表面源(浓度)扩散；在实际工艺中， Cs的值一般都是杂质在硅中的高浓度，与温度有关。
2、杂质扩散机制
(3) 空位扩散(vacancy-assisted Diffusion Mechanism)

八个基本半导体工艺

八个基本半导体工艺随着科技的不断进步，半导体技术在各个领域得到了广泛的应用。

半导体工艺是半导体器件制造过程中的关键环节，也是半导体产业发展的基础。

本文将介绍八个基本的半导体工艺，分别是氧化、扩散、沉积、光刻、蚀刻、离子注入、热处理和封装。

一、氧化工艺氧化工艺是指在半导体晶片表面形成氧化层的过程。

氧化层可以增强晶片的绝缘性能，并且可以作为蚀刻掩膜、电介质、层间绝缘等多种用途。

常见的氧化工艺有湿法氧化和干法氧化两种。

湿法氧化是在高温高湿的环境中，通过将晶片浸泡在氧化液中使其表面氧化。

干法氧化则是利用高温下的氧化气体与晶片表面反应来形成氧化层。

二、扩散工艺扩散工艺是指将掺杂物质（如硼、磷等）通过高温处理，使其在晶片中扩散，从而改变晶片的导电性能。

扩散工艺可以用于形成PN结、调整电阻、形成源、漏极等。

扩散工艺的关键是控制扩散温度、时间和掺杂浓度，以确保所需的电性能。

三、沉积工艺沉积工艺是将材料沉积在半导体晶片表面的过程。

常见的沉积工艺有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两种。

CVD是利用化学反应在晶片表面沉积薄膜，可以实现高纯度、均匀性好的沉积。

而PVD则是通过蒸发、溅射等物理过程，在晶片表面形成薄膜。

四、光刻工艺光刻工艺是将光敏胶涂覆在晶片表面，然后通过光刻曝光、显影等步骤，将光敏胶图案转移到晶片上的过程。

光刻工艺是制造半导体器件的核心工艺之一，可以实现微米级甚至纳米级的图案制作。

五、蚀刻工艺蚀刻工艺是通过化学反应或物理过程将晶片表面的材料去除的过程。

蚀刻工艺可以用于制作电路的开关、互连线等。

常见的蚀刻方法有湿法蚀刻和干法蚀刻两种。

湿法蚀刻是利用化学溶液对晶片表面进行腐蚀，而干法蚀刻则是通过等离子体或离子束对晶片表面进行刻蚀。

六、离子注入工艺离子注入工艺是将掺杂离子注入晶片中的过程。

离子注入可以改变晶片的导电性能和材料特性，常用于形成源漏极、调整电阻等。

离子注入工艺需要控制注入能量、剂量和深度，以确保所需的掺杂效果。

扩散工艺参考资料

VI1324
Байду номын сангаас
V41 I 23
V12 I34
V23 I 41
其中，F(Q)是形状因子，对于正方形结构，
范德堡法测量样品薄层电阻
2）杂质浓度—深度分布关系的测量--扩展电阻法
(1) 将样品磨出一个小角度斜面
(2) 将样品放在载片台上，用一对探针以预定压力与样品表面接触，测量该电阻值。
(3) 将该电阻值与一个已知浓度的标准值进行比较，从电阻率反推出载流子的分布。
第一步：预淀积扩散
第二步：推进扩散
整个扩散工艺过程
开启扩散炉清洗硅片预淀积
推进、激活测试
预淀积
温度：800~1000℃ 时间：10~30min
预淀积的杂质层
推进
温度：1000~1250℃
预淀积的杂质层
结深
激活
稍微升高温度替位式杂质原子。
激活
杂质原子
√
实际扩散分布的分析(与理论的偏差)
扩散工艺和设备
1、目前的扩散工艺已基本被离子注入取代，只有在进行重掺杂时还用扩散工艺进行。
2、扩散工艺的分类主要取决于杂质源的形态，常见的杂质源形态包括：
(1) 气态源： AsH3，PH3，B2H6 (2) 固态源：
单磷酸铵
(NH4H2PO4) 砷酸铝
(AlAsO4)
(3) 液态源
硼源：BBr3(沸点90℃) 磷源：POCl3(沸点107℃)
主要是空位扩散机制。
氧化增强扩散或氧化阻滞扩散
4、SiO2中的扩散
对于常见的杂质，如B，P，As等，其在SiO2中的扩散系数比在 Si中的扩散系数小得多，因此，SiO2经常用做杂质扩散的掩蔽层

扩散工艺

扩散工艺扩散技术目的在于控制半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、深度和PN结。

在集成电路发展初期是半导体器件生产的主要技术之一。

但随着离子注入的出现，扩散工艺在制备浅结、低浓度掺杂和控制精度等方面的巨大劣势日益突出，在制造技术中的使用已大大降低。

3．1 扩散机构3．1．1 替位式扩散机构这种杂质原子或离子大小与Si原子大小差别不大，它沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，杂质原子扩散时占据晶格格点的正常位置，不改变原来硅材料的晶体结构。

硼、磷、砷等是此种方式。

3．1．2 填隙式扩散机构这种杂质原子大小与Si原子大小差别较大，杂质原子进入硅晶体后，不占据晶格格点的正常位置，而是从一个硅原子间隙到另一个硅原子间隙逐次跳跃前进。

镍、铁等重金属元素等是此种方式。

3．2 扩散方程∂N / ∂t = D*2N / ∂x2N=N（x，t）杂质的浓度分布函数，单位是cm-3D：扩散系数，单位是cm2/s加入边界条件和初始条件，对上述方程进行求解，结果如下面两小节所诉。

3．2．1 恒定表面浓度扩散整个扩散过程中，硅片表面浓度NS 保持不变N（x，t）=NSerfc（x/（2*（Dt）1/2））式中erfc称作余误差函数，因此恒定表面浓度扩散分布符合余误差分布。

3．2．2．限定源扩散杂质源限定在硅片表面薄的一层，杂质总量Q是常数。

N（x，t）=（Q/（ Dt）1/2）*exp（-X2/4Dt）exp（-X2/4Dt）是高斯函数，因此限定源扩散时的杂质分布是高斯函数分布。

由以上的求解公式，可以看出扩散系数D以及表面浓度对恒定表面扩散的影响相当大3．2．3 扩散系数扩散系数是描述杂质在硅中扩散快慢的一个参数，用字母D表示。

D大，扩散速率快。

D与扩散温度T、杂质浓度N、衬底浓度N、扩散气氛、衬底晶向、缺陷等因素有关。

Bexp（-E/kT）D=DT：绝对温度；K：波尔兹曼常数；E：扩散激活能D：频率因子3．2．4 杂质在硅中的固溶度杂质扩散进入硅中后，与硅形成固溶体。

扩散工艺原理

扩散工艺原理
扩散工艺是一种常用的半导体器件制造工艺，其原理是通过控制不同材料间的原子扩散（Diffusion）过程，使得材料中的掺
杂原子浓度发生变化，从而实现改变材料的电学性质。

扩散工艺一般分为固相扩散和气相扩散两种类型。

固相扩散是指将掺杂材料与基底材料接触并加热，在高温下由于热激活，掺杂原子会从高浓度扩散到低浓度区域，从而改变材料的电学性能。

气相扩散则是将掺杂材料置于特定的气氛中，通过气氛中的气体分子与基底材料表面上的原子进行反应，使掺杂原子扩散到材料中。

在固相扩散中，加热是一个关键的步骤。

当材料加热到一定温度时，原子具有足够的能量跨越势垒，从而可以自由扩散。

扩散速率通常受到温度、时间和材料的性质等因素的影响。

此外，不同材料的扩散行为也可能不同，因此需要根据具体材料来选择适当的扩散工艺参数。

在气相扩散中，选择合适的气氛对于控制扩散过程也是非常重要的。

通常会使用有机金属化合物作为掺杂源，将其在高温下分解生成活性原子，再通过反应与基底材料表面原子结合而实现扩散。

不同的掺杂源和基底材料对应的扩散机制也可能不同。

总之，扩散工艺是一项重要的半导体器件制造工艺，通过控制不同材料间的原子扩散过程，可以实现对器件电学性能的调控。

加热和选择合适的气氛是关键的操作步骤，而温度、时间和材料性质等因素也需要进行合理的选择和控制。

扩散工艺-半导体制造

L扩散工艺前言：扩散部按车间划分主要由扩散区域及注入区域组成，其中扩散区域又、LPCVD分扩散老区和扩散新区。

扩散区域按工艺分，主要有热氧化、扩散、本文主要介绍热氧化、沾污测试等六大工艺。

扩散及合金工艺。

合金、清洗、目录第一章：扩散区域设备简介……………………………………第二章：氧化工艺第三章：扩散工艺第四章：合金工艺L第一章：扩散部扩散区域工艺设备简介炉管设备外观：扩散区域的工艺、设备主要可以分为：主要包括类别氧化热氧化一氧、二痒、场氧、Post扩散推阱、退火/磷掺杂按工艺分类LPCVD TEOS、SIN、POLY4清进炉前清洗、漂合合卧式六按设备分立式VTR-VTR-VTR-3清洗FSI-FSI-2炉管：负责高温作业，可分为以下几个部分：组成部分功能控制柜→对设备的运行进行统一控制；装舟台：→园片放置的区域，由控制柜控制运行炉体：→对园片进行高温作业的区域，由控制柜控制升降温源柜：→供应源、气的区域，由控制柜控制气体阀门的开关。

FSI：负责炉前清洗。

L第二章：热氧化工艺℃）使硅片表面形成二氧化硅膜的方法。

热氧化的目的是在热氧化法是在高温下（900℃-1200硅片上制作出一定质量要求的二氧化硅膜，对硅片或器件起保护、钝化、绝缘、缓冲介质等作用。

硅片氧化前的清洗、热氧化的环境及过程是制备高质量二氧化硅膜的重要环节。

2. 1氧化层的作用用于杂质选择扩散的掩蔽膜2．1．1于在硅中的扩散系数，因此氧化层具有阻挡磷,砷等)在氧化层中的扩散系数远小(常用杂质硼,杂质向半导体中扩散的能力。

利用这一性质，在硅上的二氧化硅层上刻出选择扩散窗口，则在窗口区就可以向硅中扩散杂质，其它区域被二氧化硅屏蔽，没有杂质进入，开创了半1960年二氧化硅就已被用作晶体管选择扩散的掩蔽膜，从而导致了硅平面工艺的诞生，导体制造技术的新阶段。

同时二氧化硅也可在注入工艺中，作为选择注入的掩蔽膜。

作为掩蔽膜时，穿透深度必须要小于二氧化硅的厚度，并有一一定要保证足够厚的厚度，杂质在二氧化硅中的扩散或掩蔽效果。

扩散工艺

R14V I1324V I2431V I3142V I4213
其中，F(Q)是形状因子，对于正方形结构，
范德堡法测量样品薄层电阻
A
26
2）杂质浓度—深度分布关系的测量--扩展电阻法
(1) 将样品磨出一个小角度斜面
(2) 将样品放在载片台上，用一对探针以预定压力与样品表面接触，测量该电阻值。
(3) 将该电阻值与一个已知浓度的标准值进行比较，从电阻率反推出载流子的分布。
2）扩散工艺：利用杂质的扩散运动，将所需要的杂质掺入硅衬底中，并使其具有特定的浓度分布。
3）研究杂质在硅中的扩散运动规律的目的：
■ 开发合适的扩散工艺，预测和控制杂质浓度分布。 ■ 研究IC制造过程中其他工艺步骤引入的扩散过程
对杂质分布和器件电特性的影响。
A
3
扩散工艺在IC制造中的主要用途：
1）形成硅中的扩散层电阻 2）形成双极型晶体管的基区和发射区 3）形成MOSFET中的漏区和源区
第一步：预淀积扩散 A
第二步：推进扩散 9
整个扩散工艺过程
开启扩散炉清洗硅片预淀积
推进、激活测试
A
10
预淀积
温度：800~1000℃ 时间：10~30min
预淀积的杂质层
A
11
推进
温度：1000~1250℃
预淀积的杂质层
A
结深
12
激活
稍微升高温度替位式杂质原子。
激活
杂质原子
√
A
13
A
主要问题 (1) 测量结果取决于点接触的重复性。 (2) 进表面测量比较困难。 (3) 测量样品与校准标准片比较接近。
A
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文献阅读：扩散工艺在半导体生产中的应用

扩散工艺的化学原理

首先淀积掺砷氧化层。然后将淀积好的硅片放入980 ℃左右的高温炉内，在氮气或氮氧混合气体保护下扩散， 15～20 分钟。
在扩散温度下，三氧化二砷被硅还原为砷：
砷杂质原子进而向硅中扩散。
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28
2、二氧化硅乳胶源扩散
掺杂二氧化硅乳胶源是一种比较新的扩散源，它具有氧化物源的优点，工艺又简单，且重复性和均匀性较好，可掺杂的杂质种类多。
即在硅片上生成掺有锑杂质的氧化层，在扩散温度下，锑杂质原了进而向硅内扩散。
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26
§6-5 砷扩散的化学原理
砷扩散有它独到之处，例如砷在硅中的扩散系数小，用于浅结扩散，因扩散时间较长，便于精确地控制基区宽度；又如砷原子半径和硅原子很接近，在砷原子向硅晶体内扩散过程中，不致于由于原子半径不同而产生应力，导致晶格缺陷。
扩散杂质源（含有这些杂质原子的某些物质）有固态源、液态源和气态源。
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6
扩散过程基本上只有两种形式：
1）化合物先分解为单质（或直接以单质），再以单质的形式向硅中扩散；
2）经过反应先生成杂质元素的氧化物（或原来就是氧化物），然后氧化物再与硅反应产生二氧化硅和杂质元素向硅中扩散。
III A族元素杂质：硼（B）
扩散到硅晶体内部
V A 族元素杂质：磷（P）、锑（Sb）
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3
§6-1 半导体的杂质，五个价电子）。杂质电离
施放电子，为施主杂质，或 N 型杂质。
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4
掺入第III 族元素（如硼，三个价电子）。杂质电离接受电子，为受主杂质，或P 型杂质。
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29
§6-6 染色法显示P-N 结

扩散工艺的原理

扩散工艺的原理
扩散工艺是一种常用的半导体制造工艺，主要用于将掺杂材料在晶体中进行分布均匀的过程。

其原理基于掺杂材料的高浓度区域向低浓度区域的自由扩散。

具体的步骤如下：
1. 洁净晶体表面：在进行扩散之前，必须先清洁晶体表面，以去除表面氧化物和杂质，保证扩散过程的纯净度。

2. 衬底预处理：扩散液有时会侵蚀衬底材料，因此，需要先用保护层对衬底进行处理，以避免受到损伤。

3. 掺杂液制备：根据需要进行掺杂的材料种类和浓度要求，制备合适的掺杂液。

掺杂液中主要含有掺杂材料的离子。

4. 扩散过程：将待扩散的晶体与掺杂液接触，经过一定的时间和温度，掺杂材料的离子会在表面开始向内部扩散。

扩散速度取决于温度、时间和材料的特性。

5. 控制参数：在扩散过程中，需要严格控制温度、时间和气氛，以确保掺杂材料扩散的均匀性和准确性。

6. 后处理：扩散完成后，需要进行后续的清洗和退火处理，以去除残留的杂质和优化晶体结构。

总结起来，扩散工艺的原理是利用掺杂材料的高浓度区域向低浓度区域的自由扩散。

通过精确控制参数，可以实现对晶体的特定区域进行掺杂，从而改变材料性质和特性。

扩散工艺

以上是考虑多重电荷空位的杂质扩散模型时，扩散衬底杂质浓度将严重影响扩散系数
2020/3/29
3、电场效应
2020/3/29
4、发射区推进效应
V2- 负:二价电荷空位
N+ P
N-
2020/3/29
5、热氧化过程中的杂质再分布
(杂质分凝)
硼:m<1 磷:m>1 砷:m>1
2020/3/e-(Ws+Wv)/kT
•
Wv表示形成一个空位所需能量。
2020/3/29
替位杂质运动
2020/3/29
§3.2 扩散原理（即扩散系数和扩散方程）
一. 扩散流方程（注：下面的N就是课本中的C）
2020/3/29
以下式表示杂质原子流密度
J D N(x,t)
2-1
x
扩散时质量守衡，J随时间变化与
2020/3/29
7、硅片晶向的影响
2020/3/29
§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。
第三章扩散工艺
§3.1杂质扩散机构 §3.2扩散原理（扩散系数扩散方程） §3.3扩散杂质的分布 §3.4影响杂质分布的其他因素 §3.5扩散工艺 §3.6扩散工艺的发展（自学） §3.7工艺控制和质量监测（补充）
2020/3/29
• 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。

扩散工艺介绍

掺杂
其它杂质源在硅表面淀积一薄的杂质层优缺点：设备简单，操作方便，工艺简单．精确掺杂控制能力低而且表面浓度不适宜做大范围的调整，有污染．
扩散
杂质扩散方式：间歇式和替位式扩散作用：控制杂质再分布扩散温度：线上常用温度950℃~1286℃ 扩散参数: 结深方块电阻表面杂质浓度
其它
退火激活杂质消除晶格损伤钝化表面保护膜合金形成金属与硅的欧姆接触烘焙
氧化层质量控制
氧化条件的选择: 厚度质量要求效率条件管理厚度均匀性表面斑点氧化膜针孔反型层(低掺杂P型硅) 热氧化层错
掺杂质量控制
掺杂和扩散是联系在一起的掺杂薄层的严格控制:条件的选择气流的稳定控制是难点条件管理是关键掺杂量的表征:表面方块电阻的局限性
热氧化
氧化层作用：钝化和杂质掩蔽. 氧化层厚度：线上常用氧化层厚度在500埃到16000埃. 掺氯氧化:减少钠离子沾污抑制热氧化层错减少氧化层针孔密度薄氧氧化和局部氧化
掺杂
CSD涂布与预淀积 (乳胶源) B2O3+SI→SIO2+B 三氯氧磷预淀积(液态源) POCL3→PCL5+P2O5 P2O5+SI→SIO2+P PCL5+O2→P2O5+CL2
结深方块电阻表面杂质浓度其它退火激活杂质消除晶格损伤钝化表面保护膜合金形成金属与硅的欧姆接触烘焙氧化层质量控制氧化条件的选择
扩散工艺知识介绍
1: 扩散工序简要介绍 2: 扩散工艺控制
扩散工序简要介绍
1: 2: 3: 4: 5: 扩散炉系统热氧化掺杂扩散其它
扩散炉系统

第三章扩散工艺6

如果体积元内的杂质不产生也不消失，则（3-10）=（3-11）有
C( x, t ) J( x, t ) t x
(3-12)
C ( x, t ) C ( x, t ) ( D ) (3-13) t x x
扩散方程：
C( x, t ) 2C( x, t ) D 2 t x
开管扩散箱法扩散涂源法扩散杂质的化合物与硅反应生成单质的杂质原子向硅内扩散液态源扩散携带气体通过源瓶把杂质源蒸气带入扩散炉管内与与硅反应生成单质的杂质原子向硅内扩散气态源扩散气态杂质一般先在硅表面进行化学反应生成掺杂氧化层杂质再由氧化层向硅中扩散1n22纯化系统3滤球4流量5节流器6三通8热电偶9扩散炉液态源扩散?硼扩散工艺原理等其中用得较多的是硼酸三甲酯
得到方程组： C（0，t）=Cs C（x，0）=0
C 2C dx D 2 dx t x
解得：
C ( x, t ) CS (1 2
x 2 Dt
x=0 t=0
e d CS (1 erf
2
0
x x ) CS erfc 2 Dt 2 Dt
式中Cs为Si表面浓度，为常数
式中： △ E扩散过程中的激活能，实际上就是杂质原子扩散时所必须克服的某种势垒。 D0 ：温度T为无穷大时，扩散系数D的表观值。 k ：玻耳兹曼常数，其值为：8.6210-5ev/0k T：绝对温度（ k）。
几种杂质在硅中的D0和E的数值
杂质元素 D0（cm2/s） E（ev）适用的温度范围（C）
3.1 杂质的扩散机构

主要可分为以下两种机构，替位式式扩散和间隙式扩散。存在于晶格间隙的杂质称为间隙式杂质间隙式杂质从一个间隙位置到另一个间隙位置上的运动称为间隙式扩散间隙式杂质主要是半径小、且不容易和硅原子键合的原子，它们以间隙方式在晶体中作扩散运动。间隙式杂质

扩散工艺知识

第三章扩散工艺在前面“材料工艺”一章，我们就曾经讲过一种叫“三重扩散”的工艺，那是对衬底而言相同导电类型杂质扩散。

这样的同质高浓度扩散，在晶体管制造中还常用来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻。

除了改变杂质浓度，扩散的另一个也是更主要的一个作用，是在硅平面工艺中用来改变导电类型，制造PN 结。

第一节扩散原理扩散是一种普通的自然现象，有浓度梯度就有扩散。

扩散运动是微观粒子原子或分子热运动的统计结果。

在一定温度下杂质原子具有一定的能量，能够克服某种阻力进入半导体，并在其中作缓称为扩As ）t 为扩散时间；x 为扩散到硅中的距离。

四．扩散系数杂质原子扩散的速度同扩散杂质的种类和扩散温度有关。

为了定量描述杂质扩散速度，引入扩散系数D 这个物理量，D 越大扩散越快。

其表达式为：KT Ee D D ∆-=0（3-3）这里：D 0——当温度为无穷大时，D 的表现值，通常为常数；K ——玻尔兹曼常数，其值为8.023×10-5ev/o K ；T ——绝对温度，单位用“o K ”表示；E ∆——有关扩散过程的激活能，实际上就是杂质原子扩散时所必须克服的某种势垒。

扩散系数除与杂质种类、扩散温度有关，还与扩散气氛、衬底晶向、晶格完整性、衬底材料、本体掺杂浓度N B 及扩散杂质的表面浓度N S 等有关。

五．扩散杂质分布在半导体器件制造中，虽然采用的扩散工艺各有不同，但都可以分为一步法扩散和二步法扩散。

二步法扩散分预沉积和再分布两步。

一步法与二步法中的预沉积属恒定表面源扩散。

而二步法中的再扩散属限定表面源扩散。

由于恒定源和限定源扩散两者的边界和初始条件不同，因而扩散方程有不同的解，杂质在硅中的分布状况也就不同。

1．恒定源扩散在恒定源扩散过程中，硅片的表面与浓度始终不变的杂质（气相或固相）相接触，即在整个扩散过程中硅片的表面浓度N S 保持恒定，故称为恒定源扩散。

恒定源扩散的杂质浓度分布的表达式是：t 三个式中的e Dt x 42-为高斯函数，故这种杂质分布也叫高斯分布。

扩散工艺——精选推荐

扩散⼯艺扩散⼯艺培训⼀、扩散⽬的在P型衬底上扩散N型杂质形成PN结。

达到合适的掺杂浓度ρ/⽅块电阻R□。

即获得适合太阳能电池PN结需要的结深和扩散层⽅块电阻。

R□的定义：⼀个均匀导体的⽴⽅体电阻 ,长L，宽W，厚dR= ρ L / d W =(ρ/d) (L/W)此薄层的电阻与（L / W）成正⽐，⽐例系数为（ρ /d）。

这个⽐例系数叫做⽅块电阻，⽤R□表⽰：R□ = ρ / dR = R□（L / W）L= W时R= R□，这时R□表⽰⼀个正⽅形薄层的电阻，与正⽅形边长⼤⼩⽆关。

单位Ω/□，⽅块电阻也称为薄层电阻Rs在太阳电池扩散⼯艺中，扩散层薄层电阻是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要⼯艺指标之⼀。

制造⼀个PN结并不是把两块不同类型（P型和N型）的半导体接触在⼀起就能形成的。

必须使⼀块完整的半导体晶体的⼀部分是P型区域，另⼀部分是N型区域。

也就是晶体内部形成P型和N型半导体接触。

⽬前绝⼤部分的电池⽚的基本成分是硅，在拉棒铸锭时均匀的掺⼊了B(硼)，B原⼦最外层有三个电⼦，掺B的硅含有⼤量空⽳，所以太阳能电池基⽚中的多数载流⼦是空⽳，少数载流⼦是电⼦，是P型半导体.在扩散时扩⼊⼤量的P(磷)，P原⼦最外层有五个电⼦，掺⼊⼤量P的基⽚由P型半导体变为N型导电体，多数载流⼦为电⼦,少数载流⼦为空⽳。

在P型区域和N型区域的交接区域，多数载流⼦相互吸引，漂移中和，最终在交接区域形成⼀个空间电荷区，内建电场区。

在内建电场区电场⽅向是由N区指向P区。

当⼊射光照射到电池⽚时，能量⼤于硅禁带宽度的光⼦穿过减反射膜进⼊硅中，在N 区、耗尽区、P区激发出光⽣电⼦空⽳对。

光⽣电⼦空⽳对在耗尽区中产⽣后，⽴即被内建电场分离，光⽣电⼦被进⼊N区，光⽣空⽳则被推进P区。

光⽣电⼦空⽳对在N区产⽣以后,光⽣空⽳便向PN结边界扩散，⼀旦到达PN结边界，便⽴即受到内建电场作⽤，被电场⼒牵引做漂移运动,越过耗尽区进⼊P区，光⽣电⼦(多⼦)则被留在N区。

扩散有生产工艺

扩散有生产工艺扩散是一种常用的材料处理工艺，它广泛应用于半导体、光电子、电子器件等领域。

扩散工艺的主要目的是在半导体材料的表面或界面上引入不同的杂质，从而改变材料的导电性能和特性。

扩散工艺主要包括以下几个步骤：1. 清洗：将半导体芯片放入清洗槽中进行清洗，去除表面的污物和杂质。

清洗槽中的溶液通常是硝酸、硫酸和蒸馏水的混合物，可以有效去除大部分的杂质。

2. 扩散源制备：将所需的杂质制备成扩散源。

常用的杂质有磷、硼、锑等。

扩散源的制备通常采用多晶硅的气相扩散、离子注入或电子束蒸发等方法。

3. 扩散：将扩散源和半导体芯片一起放入炉中进行扩散。

扩散炉是将芯片和扩散源置于高温环境中，使杂质从扩散源向芯片中扩散。

高温可以提高杂质的扩散速率，一般在800-1200摄氏度之间。

4. 干燥：在扩散过程中，芯片表面会有一层氧化物形成。

为了去除这层氧化物，需要进行干燥处理。

干燥通常采用高温退火的方法，将芯片置于高温环境中，使氧化物转化为气态，从表面蒸发掉。

5. 电极制备：扩散完成后，需要在芯片上制备电极。

电极的制备通常采用光刻工艺和蒸镀工艺。

光刻是将光阻涂覆在芯片表面，然后通过光刻曝光与显影的步骤，将光阻部分去除，暴露出电极区域。

蒸镀是将金属材料蒸发到芯片表面，并在光刻后形成电极。

6. 清洗和检测：电极制备完成后，需要进行清洗和检测。

清洗是将芯片放入清洗槽中，去除制备电极时产生的杂质和残留物。

检测是对芯片进行电学性能测试，以确保芯片的质量和性能。

扩散工艺的关键是控制扩散的深度和浓度。

深度和浓度的控制主要依靠扩散时间、温度和杂质浓度的控制。

通过合理地选择这些参数，可以实现对扩散过程的精确控制。

总之，扩散工艺是一种重要的材料处理工艺，广泛应用于半导体、光电子、电子器件等领域。

通过合理地控制扩散的深度和浓度，可以改善材料的导电性能和特性。