扩散工艺-完整版
扩散工艺流程
多晶扩散流程图
下料 插片 上片 扩散 下片 质检 卸片 转入镀膜工序 异常处理
下料标准作业
插片标准作业
• • • • • • • • • • 先把空舟上挡片分别放到舟的挡片位置（处于舟的两边的第一个槽）。 双手把载满片子的载片篮搬到舟的下位（舟和操作员之间的空位上）。 用真空吸笔将片子插入石英舟中。装舟时要从左边一直装到右边。 装好一舟后放到相应的空位置，装好的另一舟也要和第一舟一样放到 一起，摆放整齐。等待进炉。 记录流程单，并把相关信息记录到装舟记录单上。 注意事项： 注意事项： 在装片时，注意硅片绒面状况，尽量将绒面好的一面做为扩散面，尽 量将蹦边、缺角和小裂纹片装入石英舟中。 禁止单手搬载片篮，防治因载片篮过重而摔片。 以3°的倾斜角轻轻插入舟槽内，注意要插到舟的底部，尽量防止与 舟杠磕碰；注意任何物体均不可从舟上过，防止污染 装好每一组硅片时都要摆放整齐，注意核对硅片数目。
扩散炉开关机作业
• 关机操作 • 2.1 关机前检查确认内容： • 2.1.1 关闭加热。按加热停止按钮前先将温度设定为0时 方可关闭加热停止按钮。 • 2.1.2 关闭扩散炉监控系统。双击屏幕上“扩散炉监控系 统” 图标，输入密码登陆监控系统软件。 • 2.1.3 关闭计算机。按下"计算机关机"按钮。 • 2.1.4 关闭控制电源。按下电控柜面板上的“关机”按钮, 即关闭该炉管的控制电源。 • 2.1.5 关闭BV100恒温水槽。按关机按钮3秒以上。 • 2.1.6 关闭电控柜电源开关。 • 2.1.7 关闭冷却水。当炉温度降至50度以下，方可关闭冷 却水水阀。
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质检标准作业
质检标准作业
质检标准作业
• 从扩散完毕的两舟硅片中从炉尾方向向炉口方向按第5片、中间片、第3片（前舟）， 第3片、中间片、第五片（后舟）的顺序抽取测试片放入花篮中，六片均匀分布，先取 前舟（炉尾），再取后舟（炉口） 测试片放入篮内注意方向是否正确，硅片的正面（扩散面）朝向花篮的圆孔方向。 四探针方阻测试仪：测量电阻之前要调试仪器（电流为4532mA）,测量时要注意取片 的操作方式，一手拿镊子将硅片放在测试台上，另一只手拿镊子固定硅片的位置，测 试硅片时注意探针压硅片的程度要适中，读完数据后将硅片的一角滑出测试台，以免 压碎。 少子寿命测试仪：测量电阻时要注意取片的操作方式，一手拿镊子将硅片放在测试台 上，另一只手拿镊子固定硅片的位置，测试硅片时注意放置硅片位置要适中，按照 Recorder-Autosetting-Runtime-New的顺序来测试，完成后将硅片的一角滑出测试台， 并记录数据。 各班每天接班时必须用无尘布蘸取乙醇或异丙醇拭擦少子寿命测试仪、四探针方阻测 试仪和电脑。
扩散的工艺流程
扩散的工艺流程扩散工艺是集成电路制造中的一项重要工艺，主要用于在半导体材料表面形成掺杂区域，以改变材料的电学性质。
下面将介绍一种典型的扩散工艺流程。
首先是准备工作，包括物料准备、设备检查和工艺参数设置。
物料准备包括半导体晶片、扩散材料和掩膜材料的选择与准备。
设备检查主要是确保扩散炉和扩散源的正常运行状态。
工艺参数设置根据掺杂要求和材料特性，确定扩散温度、时间和气氛等工艺参数。
其次是扩散源的制备，扩散源一般是通过在高温条件下将掺杂材料与半导体材料反应生成的。
按照所需的掺杂浓度和材料属性，可以选择不同的扩散源。
通常情况下，将掺杂材料和半导体材料混合，并加入任何必要的添加剂，形成均匀的混合物。
然后，将混合物放入扩散源槽或坩埚中，在高温条件下进行预热、热分解和扩散源的形成。
形成的扩散源粉末可以直接用于扩散过程，也可以制备成片状等形状。
接下来是掩模制备，掩模是指在扩散过程中所需的模板，用于限制掺杂区域的形成。
一般使用光刻技术将掩模图案转移到掩膜材料上，形成掩模。
然后，将掩模放置在待扩散的半导体晶片表面，并通过光刻和显影等步骤将掩模图案转移到晶片表面。
扩散工艺是在控制的温度条件下进行的，常用的扩散方式有氧化物扩散和固相扩散。
以氧化物扩散为例，首先将掺杂源和半导体片放置在扩散炉中，然后控制炉温使其达到扩散温度。
在扩散温度下，掺杂源释放出掺杂原子，这些原子通过热扩散作用在半导体片中形成掺杂区域。
扩散时间的长短决定了掺杂的深度和浓度。
固相扩散的工艺流程类似，只是没有氧化物参与，直接通过固态反应实现掺杂。
扩散完成后，进行清洗和后续处理。
清洗是为了去除掉表面的杂质和残留的化学物质，以及掩模材料。
清洗可以使用不同的溶液和超声波等方法。
后续处理包括表面加工、封装和测试等步骤，以完成集成电路的制造。
总的来说，扩散工艺是集成电路制造中的一项关键工艺，通过控制温度、时间和掺杂原料，将掺杂原子引入半导体材料中，实现电学性质的改变。
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。
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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
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预淀积
温度：800~1000℃ 时间：10~30min
预淀积的杂质层
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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。
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。
扩散工艺3.3,3.4,3.5
四、电磁效应
五、发射区推进效应
V2- :二价负 电荷空位
N+ P
N-
六、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
七、氧化增强扩散
八、晶向的影响
§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
利用液态源进行扩散的装置示意图
液态源扩散－－常用POCl3 >600℃
5POCl3 ==P2O5 ＋3PCl5 2P2O5＋ 5Si =5Si O2＋4P
氧过量 4PCl5 ＋ 5O2 = 2P2O5 ＋10Cl2
影响扩散参量的因素
三、杂质对扩散系数的影响
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。
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。
芯片扩散工艺
芯片扩散工艺芯片扩散工艺是集成电路制造过程中的重要环节之一，它直接影响着芯片的性能和可靠性。
本文将从芯片扩散工艺的定义、工艺步骤、工艺参数和应用领域等方面进行详细介绍。
一、芯片扩散工艺的定义芯片扩散工艺是指将掺杂源材料中的掺杂原子通过扩散过程引入到硅片表面或内部特定位置的一种技术。
通过扩散工艺，可以改变硅片的电学性质，实现不同功能和性能的芯片制备。
1. 准备工作：包括硅片清洗、掺杂源材料制备和掺杂源液体的制备等。
2. 掺杂源涂覆：将掺杂源液体均匀地涂覆在硅片表面。
3. 扩散过程：将涂覆了掺杂源液体的硅片放入高温炉中，在特定温度下进行扩散，使掺杂原子从掺杂源液体向硅片内部扩散。
4. 清洗工艺：将扩散后的硅片进行清洗，去除表面的杂质和残留物。
5. 其他工艺步骤：根据具体需求，可能还需要进行退火、腐蚀、沉积等工艺步骤。
三、芯片扩散工艺的参数1. 温度：扩散过程中的温度是一个重要的参数，它决定了掺杂原子的扩散速率和深度。
2. 时间：扩散时间也是一个关键参数，它决定了掺杂原子扩散的程度。
3. 掺杂浓度：掺杂源液体中掺杂原子的浓度决定了最终芯片的电学性质。
4. 扩散气氛：在扩散过程中，气氛的成分和压力也会对扩散效果产生影响。
四、芯片扩散工艺的应用领域1. 集成电路制造：芯片扩散工艺是集成电路制造过程中的核心环节，它决定了芯片的性能和功能。
2. 太阳能电池：芯片扩散工艺可以用于制备太阳能电池中的p-n结。
3. 传感器制造：芯片扩散工艺可以用于传感器的制造，改变其电学特性，实现不同的传感功能。
芯片扩散工艺是集成电路制造中不可或缺的一环。
通过合理选择工艺参数和优化工艺步骤，可以实现对芯片电学特性的精确控制，进而提高芯片的性能和可靠性。
随着科技的不断进步和创新，芯片扩散工艺也将不断发展，为各个领域的应用提供更加优质的芯片产品。
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。
半导体第十九讲扩散工艺-p(1)综述
发射区推进效应
在npn窄基区晶体管制造中，如果基区和发射区分别扩B和 扩P，则发现在发射区正下方（内基区）B的扩散深度，大 于不在发射区正下方（外基区）B的扩散深度，该现象称为 发射区推进效应，或发射区下陷效应。
二维扩散
实际扩散 在掩蔽层的边缘，横向扩散与纵向扩散同时进行
二维扩散
实际扩散
扩散工艺
简介 扩散原理 扩散方程
杂质原子的扩散
扩散工艺
简介
扩散工艺是一种掺杂技术，它是将所需杂质 按要求的浓度与分布掺入到半导体材料中，以达 到改变材料电学性能，形成半导体器件的目的。 以杂质原子或离子在硅中的扩散为主（P型杂质 和N型杂质）。
简介
掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中 ，以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电 阻、欧姆接触 磷(P)、砷(As) —— N型硅 硼(B) —— P型硅 掺杂工艺：扩散、离子注入
扩散系数
J ( x, t ) C ( x a / 2, t ) P a C ( x a / 2, t ) P a
v v
C ( x, t ) a P x C ( x, t ) J D x
2 v
其中：V0代表振动频率
Wv代表形成一个 空位所需要的能量
Pv o exp[(WV Ws ) / kT ]
替位式扩散
扩散方程
菲克第一定律
扩散是微观粒子热运动的统计结果，当杂质存在浓度 梯度时，出现宏观的扩散流。杂质由高浓度区向低浓 度区移动，直至浓度趋于均匀，扩散流为零。实验表 明：扩散流的大小，正比于杂质的浓度梯度。
菲克第一定律:
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。
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
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。
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。
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
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
27
文献阅读：扩散工艺在半导体生产中的应用
扩散工艺
2020/3/9
• 扩散是向半导体中掺杂的重要方法 之一，也是集成电路制造中的重要工艺。
• 目前扩散工艺以广泛用来形成晶体 管的基极、发射极、集电极，双极器件 中的电阻，在MOS制造中形成源和漏、 互连引线，对多晶硅的掺杂等
随空间变化相同－－连续性方程
N J
t
x
2-2
扩散方程为：
N D 2 N (x, t) 2-3
t 2020/3/9
x2
以上2－1，2－3为Fick’s扩散第 一、第二定律。
考虑施加恒定电场E时：
N t
D
2 N (x, t) x2
E
N (x, t) x
2020/3/9
6
7
3 1
5 4
2
间隙杂质运动
2020/3/9
• 3、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。
• 4、间隙杂质只能依靠热涨落才能获得 大于Wi的能量，越过势垒跳到近邻的间 隙位置上。
• •
5温、度跳升跃高率时：PPi指i=数v 0e地-w增i/kT加。
2020/3/9
§3.3 扩散杂质的分布
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
2020/3/9
2020/3/9
2. 有限表面源扩散 扩散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
《扩散工艺培训》课件
液体扩散
液体扩散是指溶质在溶剂中的扩 散过程，如电解液中的离子传导。
固体扩散
固体扩散是指在固体材料中，原 子间或离子间的扩散过程。
4. 扩散工艺装置
扩散炉
扩散炉是用于加热和控制扩散过程 的设备，通常具有高温和气氛控制 功能。
扩散室
扩散室是承载扩散过程的空间，提 供所需的温度和气氛环境。
扩散蒸发器
扩散蒸发器是将溶质蒸发到气相并 扩散到材料表面的设备。
工艺的效果和可靠性。
3
扩散参数的优化
通过调节温度、压力和时间等参数，可以优 化扩散过程的效率和质量。
扩散工艺中的问题与应对措施
在扩散工艺中可能出现问题，需要及时采取 应对措施，如控制扩散剂的浓度和处理基底 表面。
7. 扩散工艺的未来发展
扩散工艺在半导体工业中的应用
扩散工艺在半导体集成电路制造中发挥着重要作用，提供可靠的材料改性和器件制备。
《扩散工艺培训》PPT课 件
扩散工艺是一种在半导体制造中广泛使用的重要工艺，它涉及物质扩散的原 理、应用领域以及工艺控制与优化等方面。
1. 介绍
什么是扩散工艺？
扩散工艺是一种通过控制物质分子或离子的扩散来改变材料表面或体内组分的工艺。
扩散工艺的应用领域
扩散工艺在半导体制造、材料改性和表面处理等领域有着广泛的应用。
2. 基础知识
1 扩散原理
扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域传递的过程，它遵循浓度梯度的方向。
2 扩散过程中的物质传递
扩散过程中，物质可以通过晶格空位、空气中的空穴、表面等进行传递。
3 扩散速率的计算方法
扩散速率可以通过扩散系数、浓度差和距离等参数来计算。
3. 扩散工艺的分类
扩散制结的工艺流程
扩散制结的工艺流程扩散制结是半导体制造过程中超级重要的一个环节呢。
这就像是给半导体这个小世界搭建骨架一样。
一、准备工作。
在进行扩散制结之前呀，我们得先把硅片准备好。
硅片就像是我们要建造房子的地基，得干干净净、平平整整的。
这个时候呢，就需要对硅片进行一系列的清洗工作。
可不能小看这个清洗哦，就像我们每天要洗脸保持干净一样，硅片要是不干净，那后面的工序可就全乱套啦。
清洗的时候会用到特殊的化学试剂，把硅片表面的脏东西统统去掉，让它以最纯净的状态迎接后面的挑战。
二、扩散源的选择。
接下来就是选择扩散源啦。
这扩散源就像是给硅片注入灵魂的魔法药水呢。
有很多种扩散源可以选择哦，不同的扩散源会给硅片带来不同的效果。
比如说磷源，它就像是一个热情的小精灵，能够在硅片里扩散出独特的性质。
在选择的时候，要根据我们想要制造的半导体的具体要求来决定，就像我们根据不同的菜谱选择不同的食材一样，超级讲究的呢。
三、扩散过程。
然后就到了真正的扩散过程啦。
这个时候呀，我们要把硅片和扩散源放在一个特殊的环境里，这个环境就像是一个魔法小屋。
温度和时间的控制是这个环节的关键。
温度就像是火候，要是温度不对，就像做饭的时候火候没掌握好，那做出来的东西肯定不好吃啦。
时间呢，也很重要，时间太短，扩散不完全，时间太长，又可能会出现其他的问题。
在这个过程中，扩散源里的原子就会慢慢地向硅片里面渗透，就像小蚂蚁搬家一样，一点一点地改变硅片的性质，逐渐形成我们想要的结。
四、检测和调整。
扩散完了可不能就这么完事儿啦。
就像我们做完一道菜要尝尝咸淡一样，我们得对制结的结果进行检测。
这个检测可复杂啦，要用各种各样的仪器设备呢。
要是检测出来有问题，那就要进行调整。
比如说如果结的深度不够，可能就需要重新调整扩散的条件，再进行一次扩散。
这就像是我们衣服没做好，发现哪里有问题就重新修改一下，直到达到我们满意的效果为止。
扩散制结的工艺流程
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