硼磷扩散
半导体中杂质原子扩散的机理
半导体中杂质原子扩散的机理微电子工艺2010-09-30 14:05:16 阅读152 评论0 字号：大中小订阅Xie Meng-xian （电子科大，成都市）在向Si和GaAs等半导体内部掺入施主或者受主杂质原子时，最常采用的技术是热扩散（Thermal Diffusion）和离子注入。
对于热扩散技术来说，往往都需要较高的扩散温度；因为施主或受主杂质原子的半径一般都比较大，要它们直接进入到半导体晶格中去是很困难的，然而如果利用高温产生出一些热缺陷，则通过这些热缺陷的帮助即可容易地扩散、并进入到半导体中去。
半导体晶体中原子扩散的机理不同于载流子的扩散。
载流子扩散的快慢主要决定于它们所遭受的散射作用；而原子扩散的快慢则主要决定于晶体中热缺陷（间隙原子和空位）的数量。
（1）原子扩散系数：杂质原子扩散的快慢用相应的扩散系数来表征。
因为原子在晶体中的扩散，实际上是通过间隙原子或者晶格空位、一步一步地在晶格之间跳跃前进的；如果所需要跳过的势垒高度为Ea，则扩散系数D与温度T之间的关系可表示为常数Ea称为扩散激活能。
实验表明，溶解度愈小的代位式杂质原子，其扩散系数就愈大。
对于半导体中杂质原子的扩散，为了让晶体中产生出大量的热缺陷，就必须对晶体加热，让晶体原子的热运动加剧，以便于某些原子获得足够高的能量而离开晶格位置，并产生出空位和等量的间隙原子。
因此，原子的扩散系数随着温度的升高而指数式增大。
对于Si晶体，要在其中形成大量的热缺陷，所需要的温度大致为1000oC左右，这也就是热扩散的温度。
（2）扩散机理：施主或者受主杂质原子通过热扩散而进入到半导体中之后，必须要处于替代晶格的位置才能起到提供载流子的作用——即具有电活性。
从机理上来说，代位杂质原子扩散的具体方式主要有三种：①利用晶格空位的扩散：在杂质原子的代位式扩散机理中，可以有两种重要的扩散方式，即(a)直接交换方式和(b)空位交换方式；在这两种代位扩散方式中，杂质原子利用空位的交换方式是最容易进行的（所需要的激活能较低），因此可以认为杂质原子的扩散等效于晶格空位的扩散。
硅扩散硼和磷失配比
硅扩散硼和磷失配比在半导体工艺中，硅扩散过程是一种常用的技术手段，用于在硅晶体中引入杂质或控制杂质浓度分布。
其中，硼和磷是两种常见的掺杂材料，它们的扩散过程对于半导体器件的性能具有重要影响。
硅扩散中的失配比是指掺杂材料的浓度与扩散剂的浓度之间的比值，它直接决定了掺杂材料在硅晶体中的浓度分布。
对于硅扩散硼和磷失配比的选择，需要根据具体的应用需求来确定。
让我们来了解一下硅扩散硼的失配比。
硅扩散硼的失配比一般选择在1:1000至1:10000之间。
硼是一种P型掺杂剂，它能够在硅晶体中形成P型区域，使得晶体具有正电荷。
通过控制硼的浓度和扩散时间，可以实现P型区域的精确控制。
然而，如果硼的浓度过高或扩散时间过长，就会导致硅晶体中的杂质浓度不均匀，从而影响器件的性能。
接下来，我们来探讨一下硅扩散磷的失配比。
与硼相比，硅扩散磷的失配比一般选择在1:100至1:1000之间。
磷是一种N型掺杂剂，它能够在硅晶体中形成N型区域，使得晶体具有负电荷。
与硼不同的是，磷的扩散速度比较快，扩散过程相对容易控制。
然而，由于磷的浓度较高，需要更加精确的控制，以避免过度扩散导致浓度不均匀的问题。
在实际工艺中，硅扩散硼和磷的失配比需要根据具体的器件要求进行选择。
例如，在制备PN结的过程中，需要选择合适的硼和磷的失配比，以实现P区和N区的精确控制，从而确保器件的正常工作。
硅扩散硼和磷的失配比在半导体工艺中具有重要作用。
通过合理选择失配比，可以实现对掺杂材料浓度分布的精确控制，从而提高器件的性能和可靠性。
在今后的工艺发展中，我们还需要进一步研究和探索更加先进的扩散技术，以满足日益增长的半导体需求。
硅片硼扩散
硅片硼扩散硅片硼扩散是一种重要的半导体制备技术，广泛应用于电子行业。
本文将从硅片硼扩散的原理、工艺流程、应用领域以及未来发展趋势等方面展开详细阐述。
一、硅片硼扩散的原理硅片硼扩散是指将硼材料通过扩散工艺掺杂到硅片中，以改变硅片的导电性能。
硅片是一种常用的半导体材料，其导电性能可以通过掺杂其他材料来调节。
硅片硼扩散的原理基于硼与硅之间的化学反应，通过高温处理将硼材料与硅片表面相互作用，使硅片表面形成一个硼掺杂层，从而改变硅片的导电性能。
二、硅片硼扩散的工艺流程硅片硼扩散的工艺流程一般包括清洗、扩散、退火等步骤。
首先，将待处理的硅片进行清洗，去除表面的杂质和氧化物。
清洗完毕后，将硅片置于扩散炉中，加热至高温，并加入硼源材料。
在高温下，硼材料会与硅片表面发生化学反应，形成硼掺杂层。
最后，对硅片进行退火处理，以消除扩散过程中的应力和缺陷。
三、硅片硼扩散的应用领域硅片硼扩散广泛应用于半导体器件制备过程中。
其中最主要的应用是在制备PN结的过程中。
PN结是半导体器件中最基本的结构之一，通过在硅片上形成硼掺杂层和磷掺杂层，可以实现PN结的形成。
PN结的形成对于制备各种半导体器件具有重要意义，如二极管、晶体管、集成电路等。
四、硅片硼扩散的发展趋势随着电子行业的不断发展，对半导体器件的要求也越来越高。
硅片硼扩散技术也在不断创新和发展。
一方面，研究人员致力于提高硼扩散的效率和控制性能，以实现更精确的掺杂和更高的扩散速率。
另一方面，还探索了其他替代的掺杂材料和扩散工艺，以满足不同器件的需求。
未来，硅片硼扩散技术有望在更广泛的领域得到应用。
例如，硅片硼扩散可以在太阳能电池制备中发挥重要作用，提高电池的光电转换效率。
此外，硅片硼扩散还可以应用于新型半导体材料和器件的制备，推动电子行业的发展。
总结起来，硅片硼扩散是一项重要的半导体制备技术，通过将硼材料掺杂到硅片中，可以改变硅片的导电性能。
硅片硼扩散的工艺流程包括清洗、扩散和退火等步骤。
硼扩散 磷扩散 差别
硼扩散磷扩散差别
硼扩散和磷扩散是半导体制造过程中的两种重要技术。
它们都可以用
来向半导体材料中引入杂质，从而改变材料的导电性能。
然而，硼扩
散和磷扩散在实现方式、扩散速度、扩散深度和效果等方面存在差别。
首先，硼扩散和磷扩散的实现方式不同。
硼扩散通常是在高温下进行
的外延扩散过程，它需要将半导体材料放入硼酸盐中进行扩散，然后
在高温下烧结硼酸盐，形成硼化层。
而磷扩散则需要将磷化氢气体转
化为磷酸盐，并将其喷洒到半导体材料表面，然后将其加热，使磷化
氢分子向表面扩散并融入半导体材料中。
其次，在扩散速度方面，硼扩散和磷扩散也存在差别。
硼扩散速度较慢，需要耗费更长时间来完成。
而磷扩散速度较快，可以在短时间内
完成。
这也使得磷扩散更加适合制造复杂的电子元件。
另外，在扩散深度和效果方面，硼扩散和磷扩散也存在差别。
硼扩散
更适合浅层扩散，可以获得更浅的杂质分布。
而磷扩散可以获得更深
的杂质扩散，因此适用于制造较深的通孔和导体。
总之，硼扩散和磷扩散技术在半导体制造中都有着重要的应用。
它们的差别在于实现方式、扩散速度、扩散深度和效果等方面。
了解硼扩散和磷扩散的差别可以帮助半导体制造商更好地选择适合自己需求的技术，并帮助他们制造出更高性能的电子元件。
硼扩散实验——精选推荐
两步法掺硼杂质（硼扩散）实验一、实验目的和要求：扩散工艺实验是通过平面工艺制造出有晶体管特性的硅平面NPN 晶体管等器件中的氧化、扩散、光刻这三个平面工艺中最基本工艺之一。
硼扩散工艺实验的目的是通过具体的硼扩散工艺操作熟悉硼扩散工艺步骤、了解扩散设备的使用以及进一步掌握和巩固两步法硼扩散工艺的原理和相关知识。
同时了解相关测试和分析手段，以及对工艺环境和成品率进行分析和评价。
二、实验原理：1、杂质浓度分布情况:硼扩散通常分为硼的预沉积（预扩散）和硼的再分布（再扩散）两步进行。
这就是硅平面工艺中所说的两步扩散工艺。
(1) 预沉积：采取恒定表面浓度的扩散方式，在硅片表面沉积上一层杂质原子。
由于扩散温度较低，且扩散时间较短，因此在预沉积过程中，杂质原子在硅片表面的扩散深度较浅。
其杂质分布遵循余误差函数分布。
根据这种扩散的特点可以写出它的初始条件和边界条件为：初始条件： (,0)0N x = (x 扩散结深)边界条件： (0,)N s N t = 和 (,t)0N ∞= (t 扩散时间；为Si 片表面的杂质浓度为恒定值)根据扩散方程 22N N D t x∂∂=∂∂ 和上述条件可解出预淀积杂质分布(,)N x t 表达式:220(,)(1)exp()s N x t N d πλλ=-- (λ为结深的微元) (1)简写为(,)s N x t N erfc = (D 为扩散系数) (2) 式中：erfc 为余误差函数；表面杂质浓度s N 和D 扩散系数主要取决于不同杂质元素和扩散温（0exp()a E D D kT -=,0D 和a E 为实验值）。
注:N s 是半导体内表面处的杂质浓度,它并不等于半导体周围气氛中的杂质浓度。
当气氛中得分压强较低时，在半导体内表面处的杂质溶解度将与其周围气氛中杂质的压强成正比。
当杂质分压强较高时，则与周围气氛中杂质的分压强无关，数值上等于扩散温度下杂质在半导体中的固溶度。
(2) 再分布:是把由预沉积过程在硅片表面淀积了一定杂质的硅片，放入较高温度的扩散炉内加热，使杂质向硅片内部扩散，扩散过程中没有外来杂质的补充，是一种限定源扩散。
热扩散工艺原理9
Ns t) （
Q
Dt
（三）、两步扩散
恒定表面源扩散，难于制作低表面浓度的深结； 有限表面源扩散，难于制作高表面浓度的浅结。 为了同时满足对表面浓度、杂质总量以及结深等的要求， 实际生产中常采用两步扩散工艺：
第一步称为预扩散或预淀积，在较低的温度下，采用恒定表
面源扩散方式在硅片表面扩散一层杂质原子，其分布为余 误差函数，目的在于控制扩散杂质总量； 第二步称为再扩散或再分布，将表面已沉积杂质的硅片在较 高温度下扩散，以控制扩散深度和表面浓度。
1、表面杂质浓度Ns 由所扩散的杂质在扩散温度（900℃1200℃）下的固溶度决定。 2、扩散时间越长，扩散温度越高，扩散进硅片内的杂质数 量越多。 3、扩散时间越长，温度越高，扩散深度越大。结深的位置：
x j 2 Dt erfc (
1
NB Ns
) A Dt
称为 “ 扩散长度 ”
（二）、有限表面源扩散
扩散工艺原理
掺杂目的：改变其电学性质，并使掺入的杂质数量和分布 情况都满足要求、
掺杂类型：高温扩散和低温离子注入
掺杂方法： 1、 高温气相环境下采用气态杂质源实现淀积、 扩散 2、采用含有高剂量的杂质的氧化物或化合物源与 待掺杂材料放置在一起实现掺杂的目的 3、 利用杂质的高能离子态注入待掺杂材料的一 定位置，经过退火使注入的原子激活从而完成掺杂
形成这一偏离的因素为：
（2）若某种杂质在氧化硅层一侧的扩散系数较大时会影 响在硅中的分布。
（3）由于氧化层不断的增厚，硅和二氧化硅界面也随着 时间向硅一侧移动。
1、磷的固态源扩散
2、磷的液态源扩散 3、磷的气态源扩散
主要采用三氯氧磷的液态杂质扩散：
硼磷扩散原理和示意图
一、硼扩散工艺原理（液态源）目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O52P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl24PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
211049856_硼扩散设备若干难点问题的研究
在升温的斜率为 5 ℃/min 的情况下，截取某个温 区自然升温和斜率升温时的曲线，如图 6 所示。
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第 03 期
彭浩等：硼扩散设备若干难点问题的研究
技术应用
(3)
BCl3 的沸点为 12.5 ℃，常温下为气态。BCl3
的优点有：1) 无腐蚀性，使石英管的使用寿命
延长；2) 扩散后生成物 B2O3 呈颗粒状，自带 Cl2 清洗功能，可保持炉管清洁，无需增加 DCE 清洗；
3) 自身价格低。缺点有：1) 气态，危险性较高；
2) 扩散均匀性稍差。
采用 BCl3 作为硼源时，硼扩散工艺过程的 反应式为：
彭 浩 *，赵志然，龙 辉，郭 浩
( 湖南红太阳光电科技有限公司，长沙 410221)
摘 要：随着针对 n 型太阳电池的投资提速，国内光伏企业积极开展 TOPCon 太阳电池布局，产业化进程得
到加速，推进新技术落地。硼扩散设备作为 TOPCon 太阳电池技术的关键工艺设备之一，获得了市场极大的
关注。针对硼扩散设备使用过程中遇到的不同类型硼源的问题，通过分析各种硼源的特性，提出了相应的硼
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图 3 BBr3 硼源的控制效果图 Fig. 3 Control effect diagram of BBr3 boron source
从图 3 可以看出：携源 N2 流量计的检测值 和设定值基本同步，说明 BBr3 流量能得到有效 控制。
第 03 期 总第 347 期 2023 年 03 月
半导体制造工艺之扩散原理概述
半导体制造工艺之扩散原理概述引言半导体器件是现代电子化工程的重要组成部分，而半导体制造工艺中的扩散过程是其中的核心步骤之一。
扩散是指将外部杂质或原子通过加热和蒸发的方式引入半导体晶体内部，从而改变其导电性能的过程。
本文将概述半导体制造工艺中的扩散原理，包括扩散的定义、分类、扩散过程的主要步骤以及应用。
扩散的定义和分类扩散在半导体制造加工中是用于改变材料电学特性和形成器件结构的重要工艺。
它通过在半导体材料中掺杂外部杂质或原子，改变其禁带宽度、导电性能和晶格结构，从而实现对器件特性的控制。
根据掺杂的原子种类和结构变化，扩散可以分为以下几类：1.硼扩散（Boron diffusion）：将硼原子引入到半导体材料中，可以增加材料的p型掺杂浓度。
2.磷扩散（Phosphorus diffusion）：将磷原子引入到半导体材料中，可以增加材料的n型掺杂浓度。
3.氮扩散（Nitrogen diffusion）：将氮原子引入到半导体材料中，可以改变半导体材料的特性，如降低材料的电阻率和增加材料的硬度。
4.氢扩散（Hydrogen diffusion）：将氢原子引入到半导体材料中，可以提高材料的电阻率。
5.金属扩散（Metal diffusion）：在半导体材料中引入金属原子，可以改变材料的特性，如增强导电性能或改变器件结构。
扩散过程的主要步骤扩散过程是一个涉及多个步骤的复杂过程，主要包括以下几个步骤：清洗在扩散之前，半导体晶体需要进行清洗，以去除表面的污染物和杂质，保证扩散过程的准确性和稳定性。
清洗步骤可以使用化学清洗方法或物理清洗方法，如溶剂洗涤、超声波清洗等。
预处理预处理步骤是为了提高扩散效果和降低生产成本而进行的一系列处理。
包括表面氧化、蚀刻、离子注入等工艺，以提高扩散层的质量和一致性。
掺杂掺杂是扩散过程中的核心步骤，通过向半导体晶体中注入外部杂质，改变材料的导电性能。
掺杂过程中需要控制掺杂浓度和深度，以满足器件设计要求。
硼扩散 磷扩散 差别
硼扩散磷扩散差别
硼扩散和磷扩散是两种常见的半导体材料掺杂技术，它们的差别在于掺杂的元素不同以及掺杂的效果不同。
硼扩散是将硼元素掺入半导体材料中，主要用于制造p型半导体材料。
硼元素的掺入会引起半导体中空穴浓度的增加，从而形成p型材料。
硼扩散的掺入深度比较浅，一般只有几百纳米，因此适用于制造高频器件和功率器件等。
磷扩散是将磷元素掺入半导体材料中，主要用于制造n型半导体材料。
磷元素的掺入会引起半导体中电子浓度的增加，从而形成n型材料。
磷扩散的掺入深度比较深，一般达到几微米甚至更深，因此适用于制造隧道二极管、太阳能电池等。
除了掺杂效果不同，硼扩散和磷扩散的掺杂过程也略有差别。
硼扩散主要通过高温热处理实现，而磷扩散则需要在高温下进行化学反应，通常使用磷酸进行扩散。
总之，硼扩散和磷扩散都是重要的半导体材料掺杂技术，它们在掺杂的元素、掺杂的效果和掺杂过程等方面存在差别。
选择不同的掺杂技术可以满足不同的半导体器件制造需求。
- 1 -。
对磷扩散的认识
对磷扩散的认识—半导体特性
硼（B）是三族元素，原子的最外层有三个 价电子，硼原子最外层只有三个电子参加共价 键，在另一个价键上因缺少一个电子而形成一 个空位，邻近价键上的价电子跑来填补这个空 位，就在这个邻近价键上形成了一个新的空位， 我们称这个空位叫“空穴”。这种依靠空穴导 电的半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。 P型半导体中空穴为多数载流子，自由电子为少 数载流子。这种接受自由电子的杂质称为受主 杂质。如下图:
对磷扩散的认识—半导体特性
N型半导体（施主掺杂）--提供自由电子
多余电子
对磷扩散的认识--什么叫扩散
太阳能电池的心脏是一个PN结。PN结 是不能简单地用两块不同类型（p型和n型） 的半导体接触在一起就能形成的。要制造 一个PN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。
扩散的目的：形成PN结
太阳电池磷扩散方法
１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 ２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散 ３．丝网印刷磷浆料后链式扩散 目前采用的是第一种方法。
扩散装置示意图
总体结构分为四大部分： 控制部分 推舟净化部分 电阻加热炉部分 气源部分
排风
排废口
推舟 机构
气源柜
进气
炉体 柜
总电源进 线
对磷扩散的认识—半导体特性
P型半导体（受主掺杂）--接受自由电子
空键 空穴
接受电子
对磷扩散的认识—半导体特性
磷（P）是五族元素，原子的最外层有五个 价电子，磷原子最外层五个电子中只有四个参加 共价键，另一个不在价键上，成为自由电子，失 去电子的磷原子是一个带正电的正离子，正离子 处于晶格位置上，不能自由运动，它不是载流子。 因此，掺入磷的半导体起导电作用的，主要是磷 所提供的自由电子，这种依靠电子导电的半导体 称为电子型半导体，简称N型半导体。N型半导体 上自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 这种提供自由电子的杂质称为施主杂质。如下图：
光伏 前道 硼扩散 后道
光伏前道硼扩散后道
在光伏电池的制造过程中，“前道”和“后道”是指电池片生产的不同阶段。
硼扩散是光伏电池制造过程中的一个关键步骤，它通常位于“前道”工艺中。
以下是光伏电池制造过程中前道和后道的简要概述，以及硼扩散的作用：
1. 前道工艺：
硅片准备：包括清洗、切割和抛光等步骤，以获得干净、平整的硅片。
掺杂：在硅片表面掺杂硼（B）或磷（P）等元素，形成P型或N 型硅片。
硼扩散就是在这个阶段进行的，它通过高温使硼原子深入硅片内部，形成均匀的P型层。
去损伤层：在掺杂后，通常需要去除硅片表面的损伤层，以保证电池的性能。
2. 硼扩散：
硼扩散是在高温下将硼原子从硅片表面扩散到硅片内部的过程，以形成P型半导体。
这个过程对于形成光伏电池的PN结至关重要。
硼扩散的均匀性和深度控制是关键，它们直接影响电池的性能和效率。
3. 后道工艺：
PECVD/PEC：在硅片表面沉积一层抗反射层，以减少光的反射和提高光的吸收率。
丝网印刷：在硅片上印刷电极，形成电路。
烧结：通过高温烧结使电极材料与硅片表面结合，同时完成电池片的固化。
质量检测：对电池片进行性能测试，包括电流-电压特性、光谱响应等。
在整个光伏电池的制造过程中，前道和后道工艺的每个步骤都非常重要，它们共同决定了电池片的最终性能。
硼扩散作为前道工艺的关键步骤，对于确保电池片的导电性和光电转换效率具有重要作用。
因此，对硼扩散工艺的优化和控制是提高光伏电池质量的关键。
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。
硅扩散硼和磷失配比
硅扩散硼和磷失配比
硅扩散是指在半导体制造过程中，通过将硅原子引入晶体中来改变半导体材料的电学性质。
硼和磷是常用的杂质原子，用于控制半导体材料的电学性能。
在硅扩散过程中，硼和磷的失配比是指在杂质扩散的过程中，硼和磷的浓度比值与理想比值之间的差异。
硼和磷在硅晶体中的失配比会影响材料的电学性能。
在硅扩散过程中，硼和磷的失配比会导致杂质分布的不均匀性，从而影响材料的导电性能和器件的性能。
理想情况下，硼和磷的失配比应该接近1:1，以确保杂质的均匀分布和良好的电学性能。
然而，在实际制造过程中，由于扩散条件、材料纯度等因素的影响，硼和磷的失配比可能会偏离理想值。
硅扩散过程中硼和磷的失配比对半导体器件的性能有着重要的影响。
失配比的不合理会导致材料内部的电学性能不均匀，从而影响器件的性能和稳定性。
因此，在半导体制造过程中，需要通过精确控制扩散条件和材料纯度等因素，以尽量减小硼和磷的失配比，从而确保材料的电学性能和器件的性能。
总之，硅扩散过程中硼和磷的失配比是一个重要的参数，对半
导体材料的电学性能和器件性能有着重要的影响。
通过精确控制扩散条件和材料纯度等因素，可以最大程度地减小失配比，从而确保材料和器件的性能达到设计要求。
硅扩散硼和磷失配比
硅扩散硼和磷失配比硅扩散是一种常用的芯片制造工艺，它可以将硅片表面上的掺杂物扩散到硅内部，改变硅的电学性质。
其中，硼和磷是常用的掺杂物，常用于制造PN结和NPN三极管等元件。
然而，硅扩散过程中硼和磷的失配比可能会导致一些问题。
所谓失配比，是指硼和磷的掺杂浓度之比。
在硅扩散过程中，如果硼和磷的失配比不合适，可能会导致掺杂层的厚度不均匀，或者掺杂浓度分布不匀称。
硼和磷的失配比问题主要有两个方面的影响。
首先，失配比不合适会导致掺杂层的厚度不均匀。
如果失配比过大，磷的掺杂层厚度会比硼的掺杂层厚度大，这样会导致硅片表面的掺杂浓度不均匀。
而如果失配比过小，硼的掺杂层厚度会比磷的掺杂层厚度大，同样会导致掺杂浓度不均匀。
这种厚度不均匀会影响芯片的性能，导致元件的工作不稳定。
失配比不合适还会导致掺杂浓度分布不匀称。
如果失配比过大，磷的掺杂浓度会比硼的掺杂浓度大，这样会导致硅片表面的掺杂浓度大于内部的掺杂浓度。
而如果失配比过小，硼的掺杂浓度会比磷的掺杂浓度大，同样会导致掺杂浓度不均匀。
这种浓度不均匀会影响元件的电学性能，导致芯片的工作不稳定。
为了避免硅扩散过程中硼和磷的失配比问题，制造工艺中通常会进行优化。
首先，需要选择合适的扩散温度和时间，以控制硼和磷的扩散速率，从而达到合适的失配比。
其次，还可以通过控制掺杂源的浓度和扩散源的形状，来调节硼和磷的扩散速率，进一步优化失配比。
硅扩散中硼和磷的失配比问题可能会导致掺杂层厚度不均匀，或者掺杂浓度分布不匀称，从而影响芯片的性能和工作稳定性。
为了避免这些问题，制造工艺中需要进行合适的优化控制。
只有确保硅扩散过程中硼和磷的失配比合适，才能制造出高性能和稳定的芯片。
2_《扩散工艺》作业
第二章《扩散工艺》作业
1、1000℃时在硅片中进行磷的预淀积扩散，直到磷的固溶度极限。
扩散时间为20分钟。
预淀积后，硅片表面被密封并在1100℃下做推进扩散。
为获得4.0μm 的结深，推进时间应为多少？假设衬底浓度为1017 cm-3。
推进后表面浓度是多
少？（已知1000℃时磷在硅中的固溶度为1021cm-3，磷的扩散系数为1.39×10-14 cm2/s，1100℃时磷的扩散系数为1.56×10-13 cm2/s ）
2、已知某硼扩散工艺中先进行950℃，11分钟预淀积扩散；再进行1180℃，40分钟推进扩散。
请问，在该工艺中，对硼起掩蔽作用所需的最小氧化层厚度为
多少埃（保留整数）？（已知950℃时硼在SiO2中的扩散系数为10-17 cm2/s ；1180℃时硼在SiO2中的扩散系数为4×10-15 cm2/s ）
3、某硼预淀积工艺的温度为950℃，衬底磷浓度为2×1015cm-3，要求预淀积后的方块电阻为80Ω/□，请确定预淀积所需时间。
（已知扩散层s=660(Ω·cm)-1，硼预淀积时表面浓度为4×1020cm-3， erfc-1(5×10-6) = 2.95，950℃时硼的扩散系数为5×10-15 cm2/s ）。
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一、硼扩散工艺原理（液态源）
目前，液态源硼扩散常用：硼酸三甲酯B(CH3O)3，硼酸三丙酯，三溴化硼B(B2)3，无水硼酸三甲酯B(CH3O)3，为无色透明液体，在室温下挥发形成，具有较高真气压，硼酸三甲酯遇水易分解，升成硼酸和甲醇。
B（CH3O）+ 3H2O=H3BO3 + 3（CH3OH）
B（CH3O）500℃以上B2O3 + CO2 + H2O + C
2B2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4B
硼酸三甲酯在高温（500℃以上）能够分解出三氧化二硼（B2O3），而三氧化二硼在900℃左右又能与硅片起反应，生成硼原子，并沉积在硅片表面，这就是预沉积过程；沉积后在基区窗口表面上生成具有色彩的硼硅玻璃。
二、硼扩散装置：
硼再分布：当炉温升到预定温度（1180℃以后）通干O2 20分钟，排除管道内空气，同时加热水浴瓶，是水浴温度达到设定温度值950℃，一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟推入炉子恒温区，先通5分钟干氧，在改通30分钟湿氧，最后通5分钟干氧，时间到即可把硅片拉出石英管，倒在铜块上淬火，防止慢降温时，金从硅体中析出。
一、磷扩散工艺原理
5POCl3 >600℃3PCl5 + P2O5
2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P
4PCl5+5O2 过量O2 2P2O5+6Cl2
4PCl3+3O2 过量O2 2P2O5+6Cl2
磷预沉积时，一般通N2为20～80ml/分，O2为20～40ml/分，O2可通过，也可不通过源。
二、磷扩散装置
磷扩散源POCl3是无色透明有窒息性气味的毒性液体，要求扩散系统密封性好，源瓶进出口两端最好用聚四氟乙烯或聚氯乙烯管道连接。
若用其他塑料管或乳胶管连接易被腐蚀，就需要经常更换。
接口处最好用封口胶，由系统流出气体应通过排风管排到室外，不要泄漏在室内。
源瓶要严加密封，切勿让湿气进入源瓶。
因为三氯氧磷吸水汽而变质，做扩散温度上不去。
2POCl3+3H2O=P2O5+5HCl
发现三氟氧磷出现淡黄色就不能使用。
一、磷沉积工艺条件：
炉温：1050℃
气体流量：小N2为20～80ml/分小O2为20～40ml/分大N2为500ml/分
源温：0℃
二、磷再分布工艺条件：
炉温：950℃～1000℃O2流量：500ml/分水温：95℃
三、高温短时间磷扩散：
1、磷预沉积：
炉温：1200℃扩散源：POCl3 大N2流量300ml/分
小N2流量：70ml/分O2流量：85ml/分
扩散时间：4～5分钟（通源）+3分钟（关源）
2、磷再分布（三次氧化）
炉温：900℃O2流量：500ml/分
氧化时间：15分（湿O2）+10分（干O2）
四、HCl抛光：
当炉温1180℃时，HCl/N2=1.1%，N2流量为400ml/分情况下，抛光30分钟。
五、磷合金工艺文件：合金温度：500℃～570℃，合金时间：10～20分钟。
（例如：在550℃下通源5分钟，通N210分钟）
六、箱法锑扩散：（双极型半导体集成电路）
配源：Sb2O3：SiO2=1：4
1、硅片清洗
2、配源
3、源脱水：将配好的源平铺在石英箱底上，盖上石英盖（不得盖得很紧，留点缝口，这样可减少合金点）放在炉口预热5分钟，推入恒温区脱水20分钟（炉温：1220℃
气体流量：1000ml/分+普N2300ml/分）4、装置
5、扩散：炉温为1200℃，气体流量同上，炉温稳定后，把装好的石英箱放在炉口预热5分钟，再推入恒温区扩散2.5小时，到时通干O25分钟，再把石英箱拉至炉口冷却，当温度降到室温时，取出硅片。
七、固态氮化硼扩散：
炉温：1050℃O2流量：300ml/分
氮化硼源制备
固态氮化硼制备
1、氮化硼活化与试片：
炉温：950℃通O2气30分钟
2、基区硼预沉积：
炉温：960℃N2流量：500ml/分沉积时间：30分钟
3、基区硼再分布：
炉温：1140℃水浴温度：95℃O2：500ml/分
再分布时间：7分钟（干O2）+30分钟（湿O2）+20分钟（干O2）
八、固—固扩散：
<p>九、磷扩散：
1、烧结：
小功率晶体管：银浆烧结工艺
烧结石英管一般通N2保护,或抽真空10-2～10-3托。
装好片的底座，放在钼舟上推入石英管，先在炉口预烧数分钟，去除银浆中气泡，然后推入恒温区，温度为350℃～400℃，时间约20分钟，然后慢慢降温取出。
2、金锡合金烧结：
通H2或抽真空10-3托，烧结温度为：420℃～450℃，恒温20分钟，拉至炉口自然冷却，金—硅低于其熔点370℃，烧结温度冷却反应高于此。
3、焊接引线：
铝丝退火一般在H2或真空中进行，而金丝在高纯N2或真空中退火，退火温度为400℃～450℃，恒温15～20分钟，自然冷却。
4、封装：
晶体封装：玻璃管壳封装、金属管壳封装和塑料封装。
金属壳密封用电焊法和冷焊法（电焊法用点焊机焊）
5、集成电路封装：分为金属封装、塑料封装、陶瓷玻璃封装（烘箱中）、陶瓷金属封装。
6、氮化硅薄膜制备：
化学气相淀积（CVD法）、辉光放电法、反应溅射法。