项目三任务一：扩散工艺的目的与原理46页PPT
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扩散工艺ppt课件
(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。
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。
精选ppt课件2021
27
文献阅读：扩散工艺在半导体生产中的应用
1.半导体生产中的扩散工艺流程 在半导体的生产过程中，晶圆的扩散是一道非常重要的工 序，一般在扩散炉内完成，具体的工艺流程如下： 1） 注入足量的氮气或氧气； 2） 电加热使炉内的温度升高到特定值； 3） 晶圆送入到扩散炉内； 4） 再注入足够的氮气或氧气； 5） 再次升温； 6） 将掺杂的气体注入到扩散炉内； 7） 炉内温度恒定，一定时间后，进行降温处理。
第一步：预淀积扩散
精选ppt课件2021
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
精选ppt课件2021
10
预淀积
温度：800~1000℃ 时间：10~30min
预淀积的杂质层
精选ppt课件2021
11
推进
温度：1000~1250℃
预淀积的杂质层
精选ppt课件2021
原因 杂质在半导体中的扩散与空位浓度有关 ■ 氧化时硅片表面存在大量过剩填隙原子，填隙原子数增
加，导致空位数量减少(填隙原子一空位复合)。 ■ P，B的扩散机制主要是推填隙扩散机制；As的扩散机制
主要是空位扩散机制。 氧化增强扩散或氧化阻滞扩散
精选ppt课件对于常见的杂质，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
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。
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。
精选ppt课件2021
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文献阅读：扩散工艺在半导体生产中的应用
1.半导体生产中的扩散工艺流程 在半导体的生产过程中，晶圆的扩散是一道非常重要的工 序，一般在扩散炉内完成，具体的工艺流程如下： 1） 注入足量的氮气或氧气； 2） 电加热使炉内的温度升高到特定值； 3） 晶圆送入到扩散炉内； 4） 再注入足够的氮气或氧气； 5） 再次升温； 6） 将掺杂的气体注入到扩散炉内； 7） 炉内温度恒定，一定时间后，进行降温处理。
第一步：预淀积扩散
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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
精选ppt课件2021
10
预淀积
温度：800~1000℃ 时间：10~30min
预淀积的杂质层
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11
推进
温度：1000~1250℃
预淀积的杂质层
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原因 杂质在半导体中的扩散与空位浓度有关 ■ 氧化时硅片表面存在大量过剩填隙原子，填隙原子数增
加，导致空位数量减少(填隙原子一空位复合)。 ■ P，B的扩散机制主要是推填隙扩散机制；As的扩散机制
主要是空位扩散机制。 氧化增强扩散或氧化阻滞扩散
精选ppt课件对于常见的杂质，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
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。
光伏电池制备工艺项目三-扩散(课堂PPT)
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石英管清洗机 2 石英管清洗
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2 石英管清洗
石英管清洗机控制面板
控制面板由开关.电 源按钮.急停和操作 面板组成。开机时 先开总电源，再按 电源开关。关机时 先按电源开关，再 关总电源。遇到紧 急情况时按急停按 钮，记住复位。
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石英管清洗机控制面板操作方法
JO-1腐蚀槽进水 J1-1清洗槽进水 C0-1腐蚀槽排水 C1-1清洗槽排水 DO-1腐蚀槽转动 D1-1清洗槽转动 前：机械臂移动到腐蚀槽 中：机械臂停止 后：机械臂移动到清洗槽
❖ 4）把源瓶放入恒温槽（一般20℃左右），水位离源瓶 顶部1CM左右水位，确定装源瓶时不能带入纸屑等杂物（包
括贴在源瓶上的标签），以防把恒温槽循环泵的进出水口堵 塞，把进气管和出气管接好。
❖ 5）先在PLC控制面板上把小氮出气的电磁阀打开，把 源瓶出气阀慢慢的拧开，目的释放瓶内压力。
❖ 6）然后在PLC控制面板上把小氮进气的电磁阀打开， 设定小氮流量（500）。
❖ ④平抬起舟叉，朝上倾斜三十度（如图），将装载有硅片 的石英舟从碳化硅桨上面取下放到净化台上；
❖ ⑤ 并将下一批待扩散的硅片装入扩散炉中。
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8 取片
❖ ① 操作员戴上橡胶手套或指套，口罩。 ②单晶取片方式：单手拿住硅片两边进行卸片，正面（扩散 面）朝上放置。 。 ③多晶取片方式：双手握住硅片的两边，将硅片从石英槽内 取出，及时放入泡沫盒内 ，每次卸片应控制在十片以内 。
（p型和n型）的半导体接触在一起就能形成的。要制造一 个p-n结，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。也就是在晶体内部实现p型和n 型半导体的接触。
N
P
2
扩散原理PPT课件
LnN i
扩散系数热力学 因子
对于理想混合体系，活度系数
D
* i
自扩散系数
i 1 D i D i*RT i B
；
Di组分i的分扩散系数，或本征扩散系数
.
16
讨论：
(1)扩散 外界条件：u/ x的存在
Di 代表了质点的性质，如 半径 、电荷数、极化性能等
基质结构：缺陷的多少；杂质的多少
1 Ln i
Jx＝－DCx
J x d xJ x ( J x ) d x D C x x ( D C x ) dx
x x+dx
x
净 增 JJ x ＋ 量 d xJ x x(DC x)dx
J(DC) x x x
又JCC(DC)D2C x t t x x x2
三维表C 达 D (式 2C为 .2C ： 2C)
缺陷的多少
(3) 稳定扩散(恒源扩散)
不稳定扩散
C
C
C
J
C/ x=常数
C/ t0
J/ x 0
t
x
.
t
8
x
三维表达式：
J＝ iJx
jJy
kJz
D(iC j CkC) x y z
用途：
可直接用于求解扩散质点浓度分布不随 时间变化的稳定扩散问题。
.
9
二、 Fick第II定律
推导：取一体积元，分析x→x＋dx间质点数 在单位时间内 x 方向的改变，即考虑两个相距为 dx 的平行平面。
散， 质点所受的力
推导D：
高u
Fi
ui x
Vi 低u Fi
对象：一体积元中 多组分中i 组分质点的扩散
i质点所受的力：
Fi
扩散系数热力学 因子
对于理想混合体系，活度系数
D
* i
自扩散系数
i 1 D i D i*RT i B
；
Di组分i的分扩散系数，或本征扩散系数
.
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讨论：
(1)扩散 外界条件：u/ x的存在
Di 代表了质点的性质，如 半径 、电荷数、极化性能等
基质结构：缺陷的多少；杂质的多少
1 Ln i
Jx＝－DCx
J x d xJ x ( J x ) d x D C x x ( D C x ) dx
x x+dx
x
净 增 JJ x ＋ 量 d xJ x x(DC x)dx
J(DC) x x x
又JCC(DC)D2C x t t x x x2
三维表C 达 D (式 2C为 .2C ： 2C)
缺陷的多少
(3) 稳定扩散(恒源扩散)
不稳定扩散
C
C
C
J
C/ x=常数
C/ t0
J/ x 0
t
x
.
t
8
x
三维表达式：
J＝ iJx
jJy
kJz
D(iC j CkC) x y z
用途：
可直接用于求解扩散质点浓度分布不随 时间变化的稳定扩散问题。
.
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二、 Fick第II定律
推导：取一体积元，分析x→x＋dx间质点数 在单位时间内 x 方向的改变，即考虑两个相距为 dx 的平行平面。
散， 质点所受的力
推导D：
高u
Fi
ui x
Vi 低u Fi
对象：一体积元中 多组分中i 组分质点的扩散
i质点所受的力：
Fi
扩散工艺的化学原理ppt课件
预淀积的杂质层
精选ppt
结深
10
第三步、激活
稍微升高温度，使杂质原子移动到晶格中的原子位子与 晶格中的硅原子键合，形成替位式杂质原子。
杂质原子只有在替代了晶格上的硅原子后才能起作用--
改变硅的电导率。通常是只有一部分杂质被移动到 晶格位子上，大部分还处在间隙位置。
激活
杂质原子
√
精选ppt
11
杂质形态：
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）
精选ppt
3
§6-1 半导体的杂质类型
半导体硅、锗等都是第 IV 族元素。 掺入第 V 族元素（如磷，五个价电子）。杂质电离
施放电子，为施主杂质，或 N 型杂质。
精选ppt
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。
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。
精选ppt
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。
间隙式杂质：具有高扩散率的杂质，如金（Au）、铜（Cu）、钠（Na） 等。
间隙式杂质容易利用间隙运动在间隙中移动，这种杂质是需要避免的。 替位式杂质：扩散速率低的杂质，如砷（As)、磷（P）等。通常利用替代
运动填充晶格中的空位。
杂质原子
替位式杂质
间隙式杂质
√
× 精选ppt
12
精选ppt
结深
10
第三步、激活
稍微升高温度，使杂质原子移动到晶格中的原子位子与 晶格中的硅原子键合，形成替位式杂质原子。
杂质原子只有在替代了晶格上的硅原子后才能起作用--
改变硅的电导率。通常是只有一部分杂质被移动到 晶格位子上，大部分还处在间隙位置。
激活
杂质原子
√
精选ppt
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杂质形态：
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）
精选ppt
3
§6-1 半导体的杂质类型
半导体硅、锗等都是第 IV 族元素。 掺入第 V 族元素（如磷，五个价电子）。杂质电离
施放电子，为施主杂质，或 N 型杂质。
精选ppt
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。
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。
精选ppt
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§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。
间隙式杂质：具有高扩散率的杂质，如金（Au）、铜（Cu）、钠（Na） 等。
间隙式杂质容易利用间隙运动在间隙中移动，这种杂质是需要避免的。 替位式杂质：扩散速率低的杂质，如砷（As)、磷（P）等。通常利用替代
运动填充晶格中的空位。
杂质原子
替位式杂质
间隙式杂质
√
× 精选ppt
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扩散(课件)PPT幻灯片课件
q Q － T
At
x
J dG D(ｃ)
Adt
x
热通量——是单位时间，单位面 积传递的热量。
扩散通量——单位时间内通过单位横截面的粒
子数。用J表示，为矢量。
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扩散具有方向性，且是各个方向的，故J 用矢量表示：
J iJ x jJ y kJ z D(i c j c k c )
有关，令c kP ，而且通常在金属膜两测
的气体压力容易测出。因此上述扩散过程 可方便地用通过金属膜的气体量F表示：
F
JxA
Dk(P2 l
P1) A
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（二）不稳态扩散
非稳态扩散，求解菲克第二定律方程，可得c(x,t), 偏微分方程的解只能根据所讨论的初始条件和边 界条件而定，过程的条件不同，方程的解也不同。 一般情况下，Ｄ为常数时，解符合以下两种形式： （１）若扩散路程相对初始不均匀性的尺度来说 是短小的，则浓度分布作为路程和时间的函数， 可用误差函数很简单的表示出来。所谓短时解。 （２）扩散接近于完全均匀时，c(x,t)可用无穷三 角级数的第一项表示。所谓长时解。
即菲克第二定律。
26
菲克第一定律和菲克第二定律本质相同，均表明扩散的 结果是使不均匀达到均匀，非平衡逐渐达到平衡。
J D(ｃ) x
C t
D
2C x 2
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2.2.3 扩散方程的应用
对于扩散的实际问题，一般要求算出 穿过某一曲面（如平面、柱面、球面等）的 通量J，单位时间通过该面的物质量 dm/dt=AJ，以及浓度分布c(x,t)，为此需要 分别求解菲克第一定律及菲克第二定律。
15
讨论：
根据迁移所需要的能量，在以上各种 扩散中： 1.易位扩散所需的活化能最大。
集成电路制造工艺之-扩散课件精选全文完整版
替位式扩散
➢替位式扩散：替位杂质从一个晶格位置扩散到另一个晶格位置。 如果替位杂质的近邻没有空位．则替位杂质要运动到近邻晶格位置
上，就必须通过互相换位才能实现。这种换位会引起周围晶格发生很大 的畸变，需要相当大的能量，因此只有当替位杂质的近邻晶格上出现空 位，替位式扩散才比较容易发生。
对替位杂质来说，在晶格位置上势 能相对最低，而间隙处是势能最高 位置。
间隙式扩散
➢ 间隙式杂质：存在于晶格间隙的杂质。以 间隙形式存在于硅中的杂质，主要是那些 半径较小、不容易和硅原子键合的原子。
➢ 间隙式扩散：间隙式杂质从一个间隙位 置到另一个间隙位置的运动称为间隙式 扩散。
➢ 间隙式杂质在硅晶体中的扩散运动主要 是间隙式扩散。
对间隙杂质来说，间隙位置是势能极 小位置，相邻的两个间隙之间是势能 极大位置。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。
②空位式：由于有晶格空位，相邻原子能 移动过来。
③填隙式：在空隙中的原子挤开晶格原子 后占据其位，被挤出的原子再去挤出其他原 子。
④在空隙中的原子在晶体的原子间隙中快 速移动一段距离后，最终或占据空位，或挤 出晶格上原子占据其位。
以上几种形式主要分成两大类：①替位式 扩散。②间隙式扩散。
常见元素在硅中的扩散方式
D0为表观扩散系数，ΔE为激活能。 扩散系数由D0、ΔE及温度T决定。
上节课内容小结
1.决定氧化速率常数的两个因素：
氧化剂分压：B、B/A均与Pg成正比，那么在一定氧化条件下，通过 改变氧化剂分压可改变二氧化硅生长速率。高压氧化、低压氧化 氧化温度： B(DSiO2)、B/A(ks)均与T呈指数关系，激活能不同 2.影响氧化速率的其他因素 硅表面晶向：表面原子密度，(111)比(100)氧化速率快些
《chap扩散工艺,》PPT课件
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。
2020/11/11
掺杂（doping）：将一定数量和一定种类的杂质掺入硅 中，并获得精确的杂质分布形状（doping profile）。
NMOS
BJT
BE
C
p well
p n+
p+
n-
n+
p
n+ p+
掺杂应用：
2020/11/11
2020/11/11
Chap 3 扩散工艺 Difussion
§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）
2020/11/11
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，并使其在硅片中的数量和浓度分布符合预定的要求。
—浓度、时间、空间的关系
A
单位体积内杂质原子数 的变化量等于流入和流 出该体积元的流量差
Δt 时间内该小体积内的杂质数目变化为
Cx,t t Cx,t Ax
这个过程中由于扩散进出该小体积的杂质原子数为
Fx,t Fx x,t A t Fx x,t Fx,t A t
Cx,t t Cx,t A x Fx x,t Fx,t A t
D0：扩散率，E：扩散工艺激活能，k0：玻耳兹曼 常数，T：绝对温度。
2020/11/11
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
2020/11/11
掺杂（doping）：将一定数量和一定种类的杂质掺入硅 中，并获得精确的杂质分布形状（doping profile）。
NMOS
BJT
BE
C
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p n+
p+
n-
n+
p
n+ p+
掺杂应用：
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Chap 3 扩散工艺 Difussion
§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）
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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，并使其在硅片中的数量和浓度分布符合预定的要求。
—浓度、时间、空间的关系
A
单位体积内杂质原子数 的变化量等于流入和流 出该体积元的流量差
Δt 时间内该小体积内的杂质数目变化为
Cx,t t Cx,t Ax
这个过程中由于扩散进出该小体积的杂质原子数为
Fx,t Fx x,t A t Fx x,t Fx,t A t
Cx,t t Cx,t A x Fx x,t Fx,t A t
D0：扩散率，E：扩散工艺激活能，k0：玻耳兹曼 常数，T：绝对温度。
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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
扩散连接原理ppt课件
瞬时液相扩散连接特点：
• 该方法的表面平备要求不高，其粗糙度为 40um左右。
• 焊接时间短。 • 装备轻，自动化程度高，适合于现场焊接
，也适合于室内焊接。 • 接头质量可靠。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
液相扩散连接大致可分为以下3个阶段：
• 液相的生成。将中间层材料夹紧在焊件间，并加 上一定的焊接压力，在保护气体保护下进行加热 ，直至中间层材料液化和填满间隙。
• 等温凝固过程。当液相形成并填满焊缝间隙后， 进入保温期，它使液固相之间进行充分的扩散。
• 成分均匀化。由等温凝固形成的接头成分很不均 匀，为获得成份和组织均匀化的接头，需要继续 保温扩散来完成。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
适用范围：
• 两母材都具有超塑性； • 可以是只有一边母材具有超塑性； • 或两母材均不具有超塑性时，只要插入具有超塑
性特性的材料作为中间层，就可以实现超塑性连 接。 • 应用领域： 难焊的有色合金之间
• 主要用于：异种金属材料、陶瓷、金属间 化合物、非晶态及单晶合金
• 应用领域：航空航天、仪表及电子、核工 业、能源、化工及机械制造
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
• 该方法的表面平备要求不高，其粗糙度为 40um左右。
• 焊接时间短。 • 装备轻，自动化程度高，适合于现场焊接
，也适合于室内焊接。 • 接头质量可靠。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
液相扩散连接大致可分为以下3个阶段：
• 液相的生成。将中间层材料夹紧在焊件间，并加 上一定的焊接压力，在保护气体保护下进行加热 ，直至中间层材料液化和填满间隙。
• 等温凝固过程。当液相形成并填满焊缝间隙后， 进入保温期，它使液固相之间进行充分的扩散。
• 成分均匀化。由等温凝固形成的接头成分很不均 匀，为获得成份和组织均匀化的接头，需要继续 保温扩散来完成。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
适用范围：
• 两母材都具有超塑性； • 可以是只有一边母材具有超塑性； • 或两母材均不具有超塑性时，只要插入具有超塑
性特性的材料作为中间层，就可以实现超塑性连 接。 • 应用领域： 难焊的有色合金之间
• 主要用于：异种金属材料、陶瓷、金属间 化合物、非晶态及单晶合金
• 应用领域：航空航天、仪表及电子、核工 业、能源、化工及机械制造
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
扩散原理PPT课件
Ji Ci.Bi uxi
Ci单位体积中i组成质点数 Vi 质点移动平均速度
Ji
Ci.Bi C uii .C xi J＝－Di
Ci x
Di Ci.Bi C uii Bi lu nC i i
C iC N i( m 分 ) o lC 数 n i l lN n i
Di
Bi
ui lnNi
2021
10
t x2 y2 z2
用途： 适用于不同性质的扩散体系； 可用于求解扩散质点浓度分布随时间和距离而变化的不稳 定扩散问题。
对二定律的评价： (1) 从宏观定量描述扩散，定义了扩散系数，但没有给出D与结构 的明确关系； (2) 此定律仅是一种现象描述，它将浓度以外的一切影响扩散的 因素都包括在扩散系数之中，而未赋予其明确的物理意义； (3) 研究的是一种质点的扩散(自扩散)； (4) 着眼点不一样(仅从动力学方向考虑) C t
2、 离子晶体中的扩散
空位机制： 大部分离子晶体 如： MgO、NaCl、FeO、CoO
两种机制
间隙机制：只有少数开放型晶体中存在 如： CaF2、UO2中的 F－、O2－
应石含用量：不Ca能F超2在过玻5璃0％中，能否降则低加熔2点％，C2降a0F21低2 烧结温度，还可以起澄清剂作2用9 。长
例： CaCl2引入到KCl中，分析K＋的扩散，基质为 KCl KC lVK VC •l (本征)扩散 Ca2 C KlC lCK •aVK 2CClL(非本征 ) 扩散
2021
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理解：
Di BiRT (1L Lnn iiN )
1 Ln i
LnN i
扩散系数热力学 因子
对于理想混合体系，活度系数
D
* i
Ci单位体积中i组成质点数 Vi 质点移动平均速度
Ji
Ci.Bi C uii .C xi J＝－Di
Ci x
Di Ci.Bi C uii Bi lu nC i i
C iC N i( m 分 ) o lC 数 n i l lN n i
Di
Bi
ui lnNi
2021
10
t x2 y2 z2
用途： 适用于不同性质的扩散体系； 可用于求解扩散质点浓度分布随时间和距离而变化的不稳 定扩散问题。
对二定律的评价： (1) 从宏观定量描述扩散，定义了扩散系数，但没有给出D与结构 的明确关系； (2) 此定律仅是一种现象描述，它将浓度以外的一切影响扩散的 因素都包括在扩散系数之中，而未赋予其明确的物理意义； (3) 研究的是一种质点的扩散(自扩散)； (4) 着眼点不一样(仅从动力学方向考虑) C t
2、 离子晶体中的扩散
空位机制： 大部分离子晶体 如： MgO、NaCl、FeO、CoO
两种机制
间隙机制：只有少数开放型晶体中存在 如： CaF2、UO2中的 F－、O2－
应石含用量：不Ca能F超2在过玻5璃0％中，能否降则低加熔2点％，C2降a0F21低2 烧结温度，还可以起澄清剂作2用9 。长
例： CaCl2引入到KCl中，分析K＋的扩散，基质为 KCl KC lVK VC •l (本征)扩散 Ca2 C KlC lCK •aVK 2CClL(非本征 ) 扩散
2021
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理解：
Di BiRT (1L Lnn iiN )
1 Ln i
LnN i
扩散系数热力学 因子
对于理想混合体系，活度系数
D
* i
扩散工艺
扩散基本工艺
3.6 工艺参数 ii
磷扩散过程
工艺气体 流量（ 流量（L/min) 操作状态
大N2 1818-20 进炉
大N2 1818-20 稳定
12min
大N2，O2 18-20 1.17
大N2，O2，小N2 18-20 1.17 1.17
大N2 1818-20 吹氮 10min
大N2 1818-20 出炉 10min
P型衬底
PN结 1.3 PN结的制造
概述
制造一个PN结并不是把两块不同类 制造一个PN结并不是把两块不同类型（p型和n型） PN 型和n 的半导体接触在一起就能形成的。 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 使一块完整的半导体晶体的一部分是P 域，另一部分是N型区域。 另一部分是N型区域。 也就是在晶体内部实现P型和N型半导 也就是在晶体内部实现P型和N型半导体的接触 。 实现
扩散基本原理
散的物理图 2.1 扩散的物理图象
杂质原子
填隙型杂质 替位型杂质
自填隙扩散 空位扩散/直接扩散
自填隙扩 自填隙扩散
空位扩 空位扩散
扩散基本原理
2.2 扩散的分析解
费克第一定律 费克第二定律
设扩散系数 和位置无关 散系数D 于各向同性的三维 假设扩散系数D和位置无关，对于各向同性的三维介质
扩散后硅片检验
检验原理 4.2 检验原理 i 方块电阻
一个均匀导体的立方体电阻 ,长L，宽W，厚d 长 ， ，
R= ρ L / d W =(ρ/d) (L/W)
此薄层的电阻与（ ）。这个比例系数 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 ）成正比，比例系数为（ ）。 叫做方块电阻，用R□表示： 表示： 叫做方块电阻， R□ = ρ / d R = 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 表示一个正方形薄层的电阻， 无关。 无关。
3、磷扩散工艺 PPT
PN结的制造
制作太阳电池的硅片是P型的，也就是说在制造硅片时， 已经掺进了一定量的硼元素，使之成为P型的硅片。如 果我们把这种硅片放在一个石英容器内，同时对此石 英容器内加热到一定温度，并将含磷的气体通入这个 石英容器内，这时施主杂质磷可从化合物中分解出来， 在容器内充满着含磷的蒸汽，把硅片团团包围起来， 因此磷原子能从四周进入硅片的表面层，并且通过硅 原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散。在硅片的整个 外表面就形成了N型，而其内部还是原始的P型，这样 就达到了在硅片上形成了所要的P-N结。----这就是所 说的扩散。
硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下： • 2P2O5+5Si====5SiO2+4P↓
POCl3磷扩散原理
• 由上面反应式生成的PCl5是不易分解的，并且对硅片表面 有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的 情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其 反应式如下：
• • 4PCl5+5O2=====2P2O5+10Cl2↑
• 4、替位式扩散：杂质进入晶体后，占据晶格原子的原子空 位（空格点），在浓度梯度作用下，向邻近原子空位逐次 跳跃前进。每前进一步，均必须克服一定的势垒能量。
扩散装置示意图
扩散装置图片
扩散炉正视图
排废口
排风
排废口
• 扩散装置图片
推舟机构
气源柜 进气 炉体柜 总电源进线
净化操作台
计算机控制柜
大家有疑问的，可以询问和交流
• 生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，由 此可见，在磷扩散时，为了促使POCl3充分的分解和避免 PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入一 定流量的氧气 。
项目三任务一：扩散工艺的目的与原理
2．1. 2缓冲介质层
• 其一：硅与氮化硅的应力较大，因此在两层之间生长一层 氧化层，以缓冲两者之间的应力；其二：也可作为注入缓 冲介质，以减少注入对器件表面的损伤。
Si3N4 SiO2
P-Well N-Well Si(P)
2．1．3电容的介质材料
• 电容的计算公式： C=0*r*S/d 0：真空介质常数 r：相对介电常数 S：电容区面积 D：介质层厚度 二氧化硅的相对介电常数为3-4。二氧化硅的耐击穿能力强，温度系 数小，是制作电容介质的常用材料。在电容的制作过程中，电容的 面积和光刻、腐蚀有较大的关系，而厚度则由二氧化硅的厚度决定。
扩散氧化工艺原理
扩散工艺原理
扩散原理
• 扩散运动是一种微观粒子的热运动，只有存在浓度梯度时， 这种热运动才能形成。扩散运动其实是十分复杂的运动， 只有当杂质浓度和位错密度低时，扩散运动才可以用恒定 扩散率情况下的菲克扩散定律来描述为： J（x，t）=-D×dN(x,t)/dx 式中 J—单位时间内杂质原子扩散量；
SiO2
P-WLL N-WELL
S(P+)
•
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，开创了半导体制造技术的新 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，一定要保证足够厚的厚度，杂质 在二氧化硅中的扩散或穿透深度必须要小于二氧化硅的厚 度，并有一定的余量，以防止可能出现的工艺波动影响掩 蔽效果。
• 1．4 片内均匀性 保证硅片内每个芯片的重复性良好 • 1．5 片间均匀性 保证每个硅片的重复性良好 • 1．6定期清洗炉管 清洗炉管，可以减少重金属离子、碱金属离子的沾污同时 也能减少颗粒，保证氧化层质量。 • 1．7 定期检测系统颗粒