扩散工艺说明(尚德)
扩散工艺及控制要点
扩散工艺及控制要点1.由于硅太阳能电池实际生产中均采用P型硅片，因此需要形成N型层才能得到PN结，这通常是通过在高温条件下利用磷源扩散来实现的。
这种扩散工艺包括两个过程：首先是硅片表面含磷薄膜层的沉积，然后是在含磷薄膜中的磷在高温条件下往P型硅里的扩散。
2.在高温扩散炉里，汽相的POCL3（phosphorus oxychloride）或PB r3(phosphorus tribromide)首先在表面形成P2O5（phosphorus pentoxide）;然后，其中的磷在高温作用下往硅片里扩散。
3.扩散过程结束后，通常利用“四探针法”对其方块电阻进行测量以确定扩散到硅片里的磷的总量，对于丝网印刷太阳电池来说，方块电阻一般控制在40-50欧姆。
4.发射结扩散通常被认为是太阳电池制作的关键的工艺步骤。
扩散太浓，会导致短路电流降低（特别是短波长光谱效应很差，当扩散过深时，该效应还会加剧）；扩散不足，会导致横向传输电阻过大，同样还会引起金属化时硅材料与丝网印刷电结之间的欧姆接触效果。
5.导致少数载流子寿命低的原因还包括扩散源的纯度、扩散炉的清洁程度、进炉之前硅片的清洁程度甚至是在热扩散过程中硅片的应力等。
6.扩散结的质量同样依赖于扩散工艺参数，如扩散的最高温度、处于最高温度的时间、升降温的快慢（直接影响硅片上的温度梯度所导致的应力和缺陷）。
当然，大量的研究表明，对于具有600mv左右开路电压的丝网印刷太阳电池，这种应力不会造成负面影响，实际上有利于多晶情况时的吸杂过程。
7.发射结扩散的质量对太阳能电池电学性能的影响反映在串联电阻从而在填充因子上：（1）光生载流子在扩散形成的N-型发射区是多数载流子，在这些电子被金属电极收集之前需要经过横向传输，传输过程中的损失依赖于N-型发射区的横向电阻；（2）正面丝网印刷金属电极与N-型发射区的电接触，为了避免形成SCHOTTKY势垒或其它接触电阻效应而得到良好的欧姆接触，要求N-型发射区的搀杂浓度要高。
扩散工艺ppt课件
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
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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
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。
扩散的工艺
----主要设备、热氧化、扩散、合金扩散部 2002年7月前言：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、LPCVD、合金、清洗、沾污测试等六大工艺。
本文主要介绍热氧化、扩散及合金工艺。
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：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。
第二章：热氧化工艺热氧化法是在高温下（900℃-1200℃）使硅片表面形成二氧化硅膜的方法。
热氧化的目的是在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2．1．1用于杂质选择扩散的掩蔽膜常用杂质(硼,磷,砷等)在氧化层中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数，因此氧化层具有阻挡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，实现对硅的选择性扩散。
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。
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，如二次氧化；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。
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，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：a N、 ——=D V 2N（3-1）a t在一维情况下，即为：a N a 2N ---- =D------- a t a x 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。
扩散工艺-半导体制造
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、LPCVD、合金、清洗、沾污测试等六大工艺。
本文主要介绍热氧化、扩散及合金工艺。
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：类别主要包括按工艺分类热氧化一氧、二痒、场氧、Post氧化扩散推阱、退火/磷掺杂LPCVD TEOS、SI3N4、POL Y清洗进炉前清洗、漂洗合金合金按设备分类卧式炉A、B、C、D、F、H、I六台立式炉VTR-1、VTR-2、VTR-3 清洗机FSI-1、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。
第二章：热氧化工艺热氧化法是在高温下（900℃-1200℃）使硅片表面形成二氧化硅膜的方法。
热氧化的目的是在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2．1．1用于杂质选择扩散的掩蔽膜常用杂质(硼,磷,砷等)在氧化层中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数，因此氧化层具有阻挡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，实现对硅的选择性扩散。
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。
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。
半导体制造工艺基础之扩散工艺培训课件(PPT 28页)
推进：高温过程，使淀积的杂质穿过晶体，在 硅片中形成期望的结深。
此阶段并不向硅片中增加杂质，但是高温下形成的 氧化层会影响推进过程中杂质的扩散，这种由硅表 面氧化引起的杂质浓度改变成为再分布。
目的是为了控制表面浓度和扩散深度。
• 激活：使温度稍微升高，此过程激活了杂质 原子。
的扩散速度特别快，造成结平面不平坦，PN结击穿。
(2) 表面玻璃层。硼和磷扩散之后，往往在硅片表面形成一层硼硅玻璃或磷硅玻 璃，此玻璃层与光刻胶的粘附性极差，光刻腐蚀时容易脱胶或产生钻蚀，而 且该玻璃层不易腐蚀。
(3) 白雾。这种现象在固一固扩散及液态源磷扩散经常发生。主要原因是淀积二 氧化硅层（含杂质源）时就产生了或在磷扩散时磷杂质浓度过高以及石英管 中偏磷酸产生大量的烟雾喷射在硅片表面，在快速冷却过程中产生。光刻时 容易造成脱胶或钻蚀。
方块电阻的检测
利用图中所示电路，将电流表所示电流控制在3毫安以内， 读出电压表所示电压，利用下式计算：
RS
CV I
式中常数C是由被测样品的长度L、宽度a、厚度d，以及
探针间距S来确定，常数C可由表查出。
扩散工艺
扩散常见的质量问题
(1) 合金点和破坏点：在扩散后有时可观察到扩散窗口的硅片表面上有一层白雾 状的东西或有些小的突起。 用显微镜观察时前者是一些黑色的小圆点，小圆点称为合金点; 后者是一些黄亮点、透明的突起，透明突起称为破坏点。杂质在这些缺陷处
（2）可以通过对扩散工艺条件的调节与选择，来控制扩散 层表面的杂质浓度及其杂质分布，以满足不同器件的要求。
（3）与氧化、光刻等技术相组合形成的硅平面工艺有利于改 善晶体管和集成电路的性能。
扩散工艺介绍
作业步骤
1. 开始正常生产 2. 开始选定的作业项目 3. 结束选定的作业项目 4. 结束所有项目 5. 删除项目信息 6. 重新发送项目到系统
作业步骤介绍----正常生产
1，激活石英舟，验证舟的ID，类型，状态和承载位置
作业步骤介绍----正常生产
l 2，选择炉管,
潜在错误源
机械方面 破碎的硅片 舟未放对位置或方向、位置偏离 有物体妨碍器件移动 传感器方向偏离（在出现冲突后） 工艺方面 气体流量超出范围（MFC或供应出现故障） 温度超出范围 材料突然改变 软件方面 有人做了某些改动，但其他人员不知道谁改的，改 了什么地方
l 故障处理
如何对一个错误做出反应
l POCL3
安全---磷化物
防护措施
避免直接接触！
存放在有强制通风系统保护的气柜。 防护手套、防护服。 面罩或者眼罩与呼吸器联合使用。
l POCL3
安全---磷化物
临时处理措施
一旦起火，不能使用水或含水剂去灭火，可以使用干粉、 二氧化碳灭火器或者沙子。 如果不慎吸入：新鲜空气，休息，半直立放置，如有必要 ，可进行人工呼吸。 除去受到污染的衣物、用大量的清水冲洗皮肤、脸、眼等 部位或者进行冲淋。 呼叫医生。
Thank you！
指令集使函数更简单。
l 硅片载卸操作
硅片操作的防范措施
避免硅片划伤、沾污、破碎的方法
保持工作区空旷、无障碍物； 每个工作区仅保留一位操作人员； 坚持使用真空镊子、吸笔； 稳重操作 避免片盒和片架、舟的震动； 如有可能，尽量使用柔软表面的盒子； 避免由摩擦造成的划伤（硅片之间或硅片与其他表面之间）； 不要急；
1. 2. 3. 4. 5. 6.
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 PECVD工艺调试说明
设备工艺调试（扩散ＰＥ）扩散调试（针对喷淋、串级控制、压力补偿设备）工艺调试前的准备工作１压力补偿功能是否正常运行压力平衡系统调试压力平衡主要由压力传感器、压力控制器、流量计组成。
压力传感器调试压力传感器有两个气体压力检测口一个与大气相通<1>一个与反应管相通<2><1>直接空开、<2>通过PFA管与热偶管相连。
注意不要将两个接口接反，检验方法：可以用口对准其中一个吹气可以发现控制器检测值增大否则可能接反了。
2 流量计调试同时按“ENT”和“ ”进入参数设定模式。
（3秒以上）C03 值选为1流量计出气口要接到石英连接器上，即补气口（将原来排废管上的补气口堵上）。
3 压力控制器常按“set”ATU设为1时自整定，在设备连接好时进行补气时，将该值设定成1进行自整定（类似温度控制PID整定）OLH为限幅输出，一般设定为20%，（即在补气时流量计瞬时值不要超过10L/min）如果压力控制器变化太快可以将延时设置成五（DF）在STOP模式下边按SET边按R/S键4秒以上，进行工程技术模式：F00 MODE=128F21 INP=35 PGDp=0 PGSH=1000 SLH=1000F60 CMPS=0 ADD=10 BPS=3 BIT=4 INT=30系统调试压力控制器设定值500标示常压调试好的压力系统在炉门打开时，检测值PV应该是500。
如果有偏差可以通过调整PB值来设定在关闭炉门后，没有通反应气体压力检测值最好400 左右，当反应管内通入工艺瞬时总气量时，压力检测值要略低于设定值，这样才能发挥压力补偿作用。
例如：设定值为520，检测值最好能达到510左右（如果不能达到预期值，可以通过调整排废手动阀门改变排废量。
）检测值过大时可以开大阀门，检测值过小时调小排废量。
调试最终目的：工艺时使补气功能正常工作，达到反应管内压力稳定。
注意事项：1 补气量不能太大，最好不要超过10L/min，否则会引起反流。
扩散工艺
2、主要的检测项目：
1）薄层电阻的测量：
■
四探针法
当探针间距远远大于结深时，有
用于检测扩散分布时，必须保证 衬底绝缘或扩散层一衬底问形成 反偏PN结。
四探针法测量样品薄层电阻
1）薄层电阻的测量：
■
范德堡法
1 V34 V41 V12 V23 R 4 I12 I 23 I 34 I 41
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
空间电荷层 自建电场 扩散+漂移。
有效扩散系数Deff
■
当杂质浓度 << ni，时， hE = 1
■
当杂质浓度 >> ni，时， hE = 2
扩散工艺 (Diffusion Process)
扩散工艺(Diffusion process)
■ 概述
■ 扩散工艺和设备
■ 扩散工艺流程 ■ 实际扩散分布的分析 ■ 扩散工艺质量检测
扩散运动与扩散工艺
1）扩散运动：物质的随机热运动，趋向于降低其浓度梯度； 即存在一个从高浓度区向低浓度区的净移动。 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。
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 影响SiO2的掩蔽效果的主要因素：
■
■ ■ ■
扩散系数比例
扩散时间 杂质在Si和SiO2中的浓度 杂质分凝系数
扩散工艺
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
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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
扩散工艺介绍
TBD
使BPSG平坦化
PMD
TBD
第一层金属前的钝化层
合金
TBD
400 ℃
修复SIO2-SI界面，形成金 属与其他物质见的欧姆接 触
化学湿法清洗
B-CLEAN(H2SO4:H2O2+DHF)： 硫酸与双氧水以5：1的体积比的 混合溶液，稀氢氟酸。 B-CLEAN的作用主要是先清除芯 片表面的有机沾污、油脂沾污、 碱性氧化物和部分金属及金属氧 化物，然后去自然氧化层和硫酸、 双氧水氧化生成的氧化层，同时 可以达到去除粘附在芯片表面的 大的颗粒沾污。
900℃
拖动侧边手柄更 改文本块的宽 度。 拖动侧边手柄更 改文本块的宽 度。 拖动侧边手柄更 改文本块的宽 度。
N2
400-450℃
拖动侧边手柄更 改文本块的宽 度。
7℃/M IN
H2
N2 10 M IN
4℃/MIN 10 MI N
30-60MIN
10 M IN
10 M IN
30-60MIN
10MI N
H2 / O2点火安全性
过量的H2积累在炉管内会引起爆炸 ，所以在混合气 体中，O2 要稍微过量。 O2：H2控制在1：(1.8~1.9) 附近。 在通H2前，炉管中要处于充满O2的状态。 H2和O2空气混合后会发生爆炸，所以在炉管的排风 处必须一直监控有无H2，如果发现H2，表明H2/O2比 例不对或者燃烧状况不好，应立即切断H2供应。
做在SI和SIN之间，主要用来降 低SIN带来的应力 形成locos，即选择扩散
SIN淀积 场氧化
TBD
TBD
形成器件区的隔离岛
氧化和扩散程序(3um)
工艺 设备 标准
扩散工艺说明(尚德)
旧底图总号
底图总号日期签名附页一：装片、检验
更改标记数量更改单号签名日期签名日期
第4页
拟制
审核
净化工作台
片盒
石英舟，
每个槽插
两片硅片
插片
严禁裸手操作，一定要戴
好乳胶手套，且不得用手
直接接触硅片和石英舟。
石英吸笔，从片
盒中吸取硅片
插到石英舟内。
插片时必须穿
好洁净工作服。
旧底图总号底图总号日期签名附页二：上桨
更改标记数量更改单号签名日期签名日期
第5页
拟制
审核
碳化硅桨，易碎
安装、拆卸时切
勿碰撞！
触摸屏
匀流板
距离13cm
移动、放置石
英舟时，一定
要小心轻放！
上桨
旧底图总号底图总号日期签名附页三：方块电阻测量
更改标记数量更改单号签名日期签名日期
第6页
拟制
审核
四探针测试台
四探针主机
扩散面朝上
如实填写《方块电阻记
录表》，如有异常情况，
及时通知工艺人员。
测量
旧底图总号
底图总号日期签名版号01 工位名称扩散工位编号KS 需要人数第7张共7张流向ZBKS 附页四：卸片、检验
5．引用文件
扩散设备操作规程：SF/QD-设备-02
炉管清洗工艺操作规程：SF/QD-工艺-03
扩散检验工艺规程：SF/QD-工艺-13
更改标记数量更改单号签名日期签名日期
第7页
拟制
审核
卸片台，不得放置异
物，以免污染硅片！
承载盒
扩散面一
律朝上！
卸片。
扩散前的表面处理共20页
0.2
0.1
0
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
Wavelength (nm)
smooth texture
单晶硅片表面反射率
化学腐蚀液的配制
多晶硅片的清洗腐蚀
九槽清洗机
1
234
5
6
7
89
溶液 组成
300克/ 升
NaOH
80℃
纯水
纯水
纯水
40克/升 HF
纯水
作注用：纯面清去械水油层除除损是污表机伤电, 阻清率洗为硅N1片a8OM表HΩ面·c残m留的去3N清 片和离残a层除 表2S子S留i硅 面Oi水O2
硅片扩散前的表面准备
无锡尚德太阳能电力有限公司 (SUNTECH POWER CO., LTD.）
邵爱军 2003年7月
目录
概述 化学清洗用主要设备的操作规程 （清洗机，甩干机） 化学腐蚀液的配制 工艺过程和工艺条件（操作示范） 各化学清洗液的浓度检测，调整
注意事项
概述
硅片表面处理的目的：
去除硅片表面的机械损伤层 清除表面油污和金属杂质 形成起伏不平的绒面，增加硅片对 太阳光的吸收
测量可知，则未知的盐酸溶液浓度M HCl可以由计算得到。
M HCl = 7.3×V NaOH
清洗液浓度的检测与调整
（三）氢氟酸（HF）浓度的检测
NaOH + HF = NaF + H2O 40 ： 20
M NaOH×V NaOH ： M HF×V HF
40 M V
NaOH
NaOH
20 M V
谢谢！
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扩散工艺说明(尚德)
图号10
版号01
工位
名称
扩散
工位编
号
KS
需要
人数
第1张
共7张
1. 目的
确保单晶硅磷扩散工艺处于稳定受控状态
2. 适用范围
适用于单晶硅磷扩散工序
3. 责任
本工艺说明由技术部负责
4. 内容
4.1 工艺流程
4.1 按照设备点检表点检设备是否完好，符合运行条件。
4.2 升温
4.2.1 按照《扩散设备操作规程》进行升温。
对于不常用的炉管，需先进行一次饱和。
4.3 装片、检验（见附页一）
4.3.1 打开传递窗，将片盒从传递窗拿出放到净化工作台里；
4.3.2 用舟叉将空石英舟端至净化工作台；
旧底图总号底图总号日期签名
SF 工艺说明名称编
号
SF5.405.
010GGS 产品
图号
SF5.405.0
10
版号01
工位
名称
扩散
工位编
号
KS
需要
人数
第2张
共7张
4.6 方块电阻测量（见附页三）
4.6.1 扩散工艺运行完毕后，用舟叉将石英舟端至卸片
台，按照从炉口到炉尾的方向依次均匀的取五片，
放入片盒中，注意区分扩散面和非扩散面，扩散
面一定要朝片盒的大面放置。
4.6.2 按照《四探针测试仪操作规程》测量方块电阻，
测量硅片中心点和四个角的方块电阻值，测量四
角方块电阻时注意探针距硅片边缘的距离要大于
1cm，测完后关闭四探针主机电源，并且正确填
写《方块电阻记录表》。
4.6.3 方块电阻值要求在40±5Ω范围内，不均匀度不
超过10％，如超出该范围，应立即通知工艺人员。
不均匀度的定义为：计算五片硅片的方块电阻平
均值，在这五个数值中取最大值和最小值，
旧底图总号底图总号
旧底图总号
日 期 签 名 名称 号 人数 共7张附页一：装片、检验
净化
插 片 插片
旧底图总号 片
严禁裸手操作，一定要戴
石英吸笔，从
底图总号日期签名
版
号
01
工位
名称
扩散
工位编
号
KS
需要
人数
第5张
共7张
流
向附页二：上桨
移动、
放置石
上桨
距离
旧底图总号
底图总号日期签名
01
工位
名称
扩散
工位编
号
KS
需要
人数
第6张
共7张
流
向附页三：方块电阻测量
四探针
四探
扩散
测量
旧底图总号
底 图 总 号
日 期 签 名
01 工位名称 扩散 工位编号 KS 需要人数 第7张共7张 流向附页四：卸片、检验 卸片台，不
卸 片
扩散
旧底图总号
底图总号日期签名。