扩散工艺介绍
半导体不同扩散工艺的特点
半导体不同扩散工艺的特点半导体扩散工艺是一种用于改变半导体材料中杂质浓度分布的方法。
通过控制杂质的浓度分布，可以改变半导体材料的电学特性，从而实现半导体器件的制备和调控。
根据不同的扩散工艺，可以分为几种常见的类型，包括固相扩散、液相扩散和气相扩散，每种工艺都有其特点和适用范围。
1. 固相扩散：固相扩散是最早被广泛应用的扩散工艺之一。
其特点是使用固态杂质源，如固态的金属盐或金属氧化物，通过热处理将杂质扩散到半导体材料中。
固相扩散的过程较为简单，易于控制，适用于大批量半导体器件的生产。
然而，固相扩散工艺的主要缺点是扩散速度较慢，需要较长的时间完成杂质的扩散，且扩散深度不易控制。
2. 液相扩散：液相扩散是使用液态杂质源将杂质扩散到半导体材料中的工艺。
液相扩散的特点是扩散速度较快，扩散深度和浓度也较容易控制。
液相扩散的主要优点是可以在相对较短的时间内完成扩散过程，并且可以实现较高的杂质浓度。
然而，液相扩散过程中，需要使用到液态杂质源，这可能会对半导体材料的结构和性能产生不利影响，需要注意杂质源的选择和处理，以避免对器件性能造成负面影响。
3. 气相扩散：气相扩散是使用气态杂质源将杂质扩散到半导体材料中的工艺。
与固相和液相扩散相比，气相扩散具有更高的扩散速率和更好的控制性能。
气相扩散工艺通常是在高温下进行，通过将气态杂质源分解生成活性的杂质气体，然后将其扩散到半导体材料中。
气相扩散的优点是可以实现较高的杂质浓度和较深的扩散深度，且扩散速度较快。
然而，气相扩散工艺需要较高的温度和气压条件，且对设备和工艺环境要求较高，因此工艺的成本较高，适用于对器件性能要求较高、生产规模较小的应用领域。
总之，不同的扩散工艺具有各自的特点和适用范围。
在选择和使用扩散工艺时，需要根据实际需求综合考虑工艺的控制性能、扩散速度、成本等因素，以及对半导体器件性能的影响。
对于不同类型的半导体器件，可能需要采用不同的扩散工艺来实现特定的杂质浓度分布和形状控制，以满足器件设计和制备的要求。
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。
扩散工艺和离子注入
扩散工艺和离子注入
扩散工艺和离子注入分别是半导体工业中重要的加工技术。
这些
技术在半导体器件的制作中扮演着至关重要的角色。
在本文中，我们
将介绍这两种技术，了解它们的原理，应用和一些注意事项。
首先，我们来谈论一下扩散工艺。
扩散工艺是一种在半导体加工
中广泛使用的技术，可用于将杂质掺入到晶体中，从而改变晶体材料
的性质。
由于其具有可重复性，高效率和稳定性，因此扩散技术成为
当今半导体行业广泛使用的技术之一。
需要注意的是，扩散工艺在运用时需要严谨的控制条件，例如温度、离子浓度、扩散时间等，以控制金属杂质的扩散深度和引入量。
扩散工艺是一个复杂的过程，涉及到多个步骤，包括表面处理、扩散
和后处理等。
接下来，让我们来介绍离子注入技术。
离子注入是通过将离子轰
击到晶体表面的过程来改变其电学性能的一种技术。
离子源可以是氩、磷、硼和氮等离子，而这些离子又可以控制其注入能量和浓度，从而
定向改变晶体表层性质。
与扩散工艺相比，离子注入采用直接轰击晶体表面的方法，因此
没有扩散时间限制，更加高效。
但需要注意的是，离子注入技术对于
材料的损害较大，因此在使用时应该进行精细的控制。
而且，注入能
量和浓度等参数需要进行仔细的选择，以保证合适的材料性质改变而
不损害器件的整体性能和寿命。
总之，扩散工艺和离子注入技术是现代半导体器件制造中必不可少的工艺，对于半导体行业的发展和进步有着重要的作用。
因此，在使用这些技术时，一定要掌握其原理，选择合适的条件并特别注意细节，从而确保制造出高质量、可靠的半导体器件。
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。
扩散工艺知识
扩散工艺知识咱先来说说啥是扩散工艺哈。
就拿生活里常见的事儿打个比方，您要是在房间里喷了香水，那香味是不是会慢慢扩散到整个房间？这其实就有点像扩散工艺的原理。
扩散工艺呢，简单来讲，就是让一种物质从高浓度的地方向低浓度的地方移动，从而实现均匀分布。
这在很多领域都有应用，比如说在半导体制造中，那可是至关重要的一步。
我记得有一次，我去参观一家半导体工厂。
那时候，我就亲眼看到了扩散工艺的神奇之处。
工厂里的工人们穿着那种一尘不染的白色工作服，戴着帽子和口罩，只露出一双眼睛。
他们在一个巨大的车间里忙碌着，里面摆满了各种高科技的设备。
我走到一台正在进行扩散工艺的设备前，隔着玻璃仔细观察。
只见一片片小小的硅片被小心地放进一个像烤箱一样的设备里，然后设备开始运作，里面的温度和压力都被精确地控制着。
我就好奇地问旁边的工作人员：“这到底是咋回事呀？”工作人员特别耐心地给我解释说：“这就好比是在给这些硅片‘注入灵魂’，通过扩散工艺，把一些特殊的杂质均匀地‘撒’进硅片里，这样才能让硅片具备特定的电学性能，成为有用的半导体器件。
”咱再回到扩散工艺的知识上哈。
在化学领域，扩散工艺也常常被用到。
比如说，把一种溶液滴到另一种溶液里，如果不搅拌，它们也会慢慢地混合均匀，这也是扩散在起作用。
还有在生物领域，细胞之间物质的交换，也离不开扩散。
想象一下，细胞就像一个个小小的房子，它们之间的“门窗”就是用来进行物质扩散的通道。
扩散工艺的影响可大了去了。
就拿我们用的手机来说吧，里面的芯片能这么厉害，少不了扩散工艺的功劳。
要是没有精确的扩散控制，芯片的性能可就没法保证啦，您的手机可能就会变得又慢又卡。
在工业生产中，为了让扩散工艺更高效、更精准，科学家和工程师们可是费了不少心思。
他们不断地改进设备，优化工艺参数，就为了能让扩散的效果更好。
比如说，他们会研究怎么控制温度，因为温度高一点或者低一点，扩散的速度和效果都会不一样。
还有扩散的时间，多一秒少一秒，都可能影响最终的产品质量。
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。
微电子器件的工艺制备技术研究
微电子器件的工艺制备技术研究一、引言随着科技的发展，微电子器件越来越被广泛应用于各个领域，如消费电子、电子通信、医疗等。
微电子器件的工艺制备技术是实现小型化、高性能和低功耗的关键。
本文将探讨微电子器件的工艺制备技术研究进展。
二、微电子器件制备技术种类微电子器件的制备技术可以分为三种：扩散工艺、离子注入工艺和化学气相沉积工艺。
1.扩散工艺扩散工艺是指利用扩散原理，在半导体表面上形成p-n结或改变半导体的电性质，从而制备各种器件。
该工艺可以分为三种：固相扩散、气相扩散和液相扩散。
其中，固相扩散是最常用的一种。
2.离子注入工艺离子注入工艺是指将离子束射入半导体中，操纵半导体电物性，从而形成p-n结或制备器件。
该工艺具有制程简单、精度高和性能良好等优点。
3.化学气相沉积工艺化学气相沉积工艺是指利用化学反应在半导体表面上沉积薄膜，从而形成器件。
该工艺具有制程简单、成本低廉和控制性好等特点。
三、微电子器件制备技术的进展微电子器件制备技术在发展过程中，不断涌现出新的方法和技术。
下面将分别从扩散工艺、离子注入工艺和化学气相沉积工艺方面来介绍微电子器件制备技术的进展。
1.扩散工艺由于扩散工艺制备的器件成本低廉、效率高，因此得到了广泛应用。
在扩散工艺的研究中，最重要的问题是如何控制扩散过程中的杂质含量。
随着微电子器件的小型化，杂质的含量变得更加敏感，因此对杂质的控制要求更高。
目前，控制杂质含量的方法主要有如下几种：前处理、增量扩散和掺杂剂挥发。
其中，前处理是将器件的前部分进行清洗和去除，以减少杂质的影响。
增量扩散是指在扩散过程中，不断的补充新材料，以控制器件中的杂质含量。
掺杂剂挥发则是指在扩散过程中，通过加热掺杂剂将掺杂剂挥发出去，以减少杂质的含量。
2.离子注入工艺离子注入工艺在微电子器件制备中起到了重要的作用。
离子注入技术可以控制掺杂原子的深度、浓度和分布等参数，因而得到了广泛应用。
在离子注入工艺的研究中，最主要的问题是如何控制离子束和自生征上的温升。
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
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
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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
半导体第十九讲扩散工艺p资料
扩散
70年代初期以前，杂质掺杂主要通过高温的扩散实 现。 杂质原子通过气相源或氧化物源扩散或淀积到硅晶 片的表面。 杂质浓度从表面到体内单调下降 杂质分布主要是由温度和扩散时间决定 可用于形成深结（deep junction），如CMOS中 的双阱（twin well）
离子注入
杂质浓度相等：
C( x j , t） CB
1
CB 结的位置： x j 2 DSiO t erfc A DSiO 2 t 2 Cs 温度通过D对扩散深度和杂质分布情况的影响，同时间t相
比更为重要。
恒定表面源扩散
杂质浓度梯度
任意位置
2 Cs C ( x, t ) x, t e x / 4 Dt x Dt
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 ]
从70年代初开始，掺杂的操作改由离子注入完成 掺杂原子以离子束的形式注入半导体内 杂质浓度在半导体内有峰值分布 杂质分布主要由离子质量和离子能量决定
用于形成浅结（shallow junction），如 MOSFET中的漏极和源极
扩散机理
间隙式扩散
定义：杂质离子位于晶格间隙 杂质：Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 势能极大位置：相邻的两个间隙之间 势垒高度Wi：0.6~1.2eV 间隙杂质的振动能在室温时，只有0.026eV； 1200 ℃时为0.13eV，因此间隙杂质靠热涨落越 过势垒 跳跃率： Pi 依赖于温度
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
半导体制造工艺基础之扩散工艺培训
半导体制造工艺基础之扩散工艺培训简介半导体制造是现代电子行业中非常重要的一环，扩散工艺作为其中的一种关键工艺，其作用是在半导体晶片表面或表面以下扩散掺杂特定的杂质，以改变材料的电子性质。
本文将介绍扩散工艺的基本概念、原理、设备和步骤等内容，为对半导体制造工艺感兴趣或从事相关工作的读者提供基础性培训。
扩散工艺的基本概念扩散是指通过高温下大气中有害杂质向半导体晶体中扩散迁移，并将半导体晶体杂质浓度均匀化的过程。
扩散工艺的关键步骤是通过高温加热使杂质分子迅速扩散到晶片内部，然后通过快速冷却固化杂质。
扩散工艺的原理扩散工艺的实现基于以下几个原理：•Fick’s 第一定律：物质在浓度梯度的驱动下，会自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散。
•自扩散：同种原子在晶体内扩散迁移的现象。
扩散工艺需要精确控制温度、时间和扩散源的浓度，以确保扩散过程的效果和均匀性。
扩散工艺的步骤扩散工艺一般包括以下几个步骤：1.涂胶：将液态的胶原料均匀地涂在半导体晶片表面。
2.预热：将涂胶的晶片放入预热炉中，在一定温度下进行烘烤，使胶原料固化。
3.扩散：将预热后的晶片放入扩散炉中，通过控制温度和时间，将所需杂质扩散到晶片内部。
4.冷却：在扩散完成后，将晶片快速冷却以固化扩散的杂质。
5.清洗：将冷却后的晶片进行清洗，去除多余杂质和胶原料。
6.检测：对扩散后的晶片进行测试和检测，以确保质量符合要求。
扩散工艺的设备扩散工艺通常需要以下设备：•扩散炉：用于控制温度和时间进行扩散过程。
•预热炉：用于将涂胶的晶片进行烘烤，以固化胶原料。
•清洗设备：用于清洗扩散后的晶片，去除多余的杂质。
•检测设备：对扩散后的晶片进行测试和检测，以确保质量符合要求。
扩散工艺的应用扩散工艺在半导体制造中有广泛的应用，主要用于掺杂制造PN结、MOS结构以及形成超浅和深层掺杂等。
常见的扩散工艺包括硼扩散、砷扩散、硅扩散等。
结束语扩散工艺是半导体制造过程中不可或缺的一环，它的实施对于半导体器件的性能和质量具有重要影响。
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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.
确认J&R 与 CMI上的错误信息， 删除失败的作业项目， 手动把舟移动到存储架2-6上，
重新加载作业信息，别忘了设置舟当前的位置， 重新开始自动运行，
如果有其他作业项目即将结束，CMI会先完成，然后再重新 开始原来重新加载的项目。
l 记录分析及工艺编辑
l 使用软件‘Protgraf’ l “Protgraf”的介绍
扩散工艺介绍
l centrotherm 扩散炉
扩散工艺介绍
通过工艺炉管内的气流
扩散工艺介绍
4 POCl3 + 3 O2 2P2O5 + 5 Si
2 P2O5 + 6 Cl2 4P + 5SiO2
扩散工艺介绍 工艺控制
►温度 ►时间 ►浓度 ►源温
►N2-POCL3流量 ►炉管内的压力
扩散工艺介绍 典型的工艺参数
1，勾选‘set boat to inactive after unloading’
作业介绍----删除作业信息
选择‘delete load information of this boat’
作业步骤介绍----重新开始项目
解决好J&R 操作错误后的步骤
从机台里移走一个工艺: 1. 打开工艺组织界面 2. 在左边选择相应的机台和工艺 3.用箭头‘==>’符号将工艺从机台移走 提示: 在此过程中删除程序并没有风险
工艺编辑
返回历史工艺 如何返回原来的工艺版本？ 1. 打开工艺组织界面 2. 选择所需要的工艺 3. 选择‘view older versions’ 4. 点选所希望的工艺版本并且点击 ‘check out’ 5. 选择 ‘view current recipes’ 6. 点击‘check in’激活旧版本工艺 注意: 任何时间双击均可预览工艺内容
工艺编辑 保存所有数据、备份
工艺编辑
工艺编辑 1. 打开工艺版本管理界面
2. 在机台 POCL1-1上检查所需工艺 3. 进入机台 POCL1-1的输入/输出窗口 4. 输出工艺 5. 编写工艺 （用“edit”按钮启动 GnuEdit 软件) 6. 保存并退出 GnuEdit软件 7. 输入工艺: 正确的工艺输入会显示错误及警告信息，如果有的话 8. 成功输入工艺后返回工艺版本管理界面 9. 重新记录工艺，更改后的工艺会被传送到其他炉管
工艺编辑
编写新工艺或复制工艺的程序
1. 打开工艺版本管理界面 2. 在机台POCL1-1上检查现有的工艺 3. 转到机台POCL1-1的输入/输出界面 4. 输出工艺 5. 复制工艺 6. 编写更改复制后的工艺 (用“edit”按钮启动 GnuEdit) 7. 保存并退出 GnuEdit 8. 输入旧的和新的工艺:正确的工艺输入会显示错误及警告，如果有。
记录分析 正文窗口 – 重要事件
记录分析 所选项目的列表显示
记录分析 发生了什么? – 事件显示
记录分析 图形显示- 全部
记录分析 图形显示 – 放大
工艺编辑 启动软件‘CCC-RM’
工艺编辑 工艺组织、传送
工艺编辑 工艺版本管理
工艺编辑 工艺编写的输入输出
工艺编辑 用‘GnuEdit’软件进行工艺编写
CESAR 手动操作 手动开启工艺
CESAR 组成菜单 用于高级操作的代表性项目 Manual/Gas
Manual/Bubbler Manual/Boat
Service/Recovery/Handling（复位）
Service/InitDevices（初始化） Service/Calibration/EFM horiz（校准）
逻辑布线(控制单元)
系统的逻辑布线
组成结构
组成结构
组成结构
组成结构
组成结构 炉体及气柜(CMS / PLC)
组成结构
扩散工艺流程图
控制器功能
机器控制 CMI 电脑 次级 lift PLC 次级 lift 电动机控制 次级 slider 电动机控制 CESAR 炉管控制器 次级 Reg97 温度控制器 次级 炉管载片控制器 次级气体控制器
l 舟的操作
舟操作时的防范措施
允许放置舟的位置：炉管内，冷却台，装卸台，舟柜。 进入舟承载区域前停止自动操作系统。 注意：舟及其附近可能处于高温，接触前必须先检查温度。 在手动操作时检查： 舟有无损坏、裂纹？ 舟是否干净？ 是否有破损硅片？（即使很小的部分也可能影响操作）
l 故障处理
9. 成功输入后返回工艺版本管理界面 10.重新登记新的（复制后的）工艺. 11.解开第2步开始的工艺锁定.
工艺编辑
工艺组织---将工艺分配到炉管 添加一个工艺到炉管（机台）
1. 2. 3. 3.
打开工艺组织界面 在右边的“pool”里选择我们需要的工艺 在左边选择我们需要的机台 用箭头‘<==’符号将工艺传送到机台
设备控制器
CMI - lift 功能
CMI – 警告及安全
CMI – 警告与安全 CMS -设备安全水平的设定
CMI – 警告与安全 CMS -错误显示与复位
CMI – CESAR的显示及操作界面
CESAR 控制器 炉管载片设备 工艺运行次序
气流, 源瓶, (压力) 工艺温度
每个炉管单独记录
仔细阅读错误信息并记录（错误代码、部件代码、提及内容） 确认错误并停止生产 定位错误源并检查其周围环境
处理错误 检查并改正后尝试“继续”按钮 如果不成功：取消操作并手动将舟及硅片移走
要点：炉门应该尽可能关闭，设定桨位置为0或者手动将其缩回。
l 故障处理—操作失误
如出现以下状况如何处理？
no boat in grip detected / unexpected change of grip state 检查抓手上舟的位置；如有必要，调整使其正常。 boat collision 由于舟位置不正确造成活动抓手的开关倾斜或旋转。 arm movement locked 开始自动操作前先将机械臂移动到中间位置。 boat not correct on paddle 在CESAR菜单，完成service/recovery/handling操作。 检查舟的位置，如果错误再次出现则执行Homing操作。 boat speed out of 2nd tolerance 随着“boat not correct on paddle”出现的潜在错误。
独立式结构: 一个炉管错误不会影响整个机台运行。
CESAR 自动操作 CESAR 自动操作
CESAR 手动操作
手动操作菜单
CESAR 手动操作 所有器件都可以进行手动操作
气体： 设定流量, 开关, 选项 温度： 设定实时值, 设定最终值，温度速率，内部/外部热电偶 舟: 位置, 速度, 复位, 上下 源瓶: 流量，温度，状态
and ‘CCC-RM’进行。
►参数及数据由记录中输入； ►分析图形、曲线数据
l
“CCC-RM”的介绍
►用于编辑工艺
l 记录分析
l Protgraf是最简单的检查、分析记录的方法
l 记录分析
l 用Protgraf开始进行记录分析
记录分析 选择需要列表输出或者图形显示的项目
记录分析 typical screen content of protocol text window
石英舟位置, 承载模式, 舟的状态
作业步骤介绍----正常生产
l 3，检验工艺选择及信息概要
作业步骤介绍----特定生产
1，激活石英舟并定义硅片承载模式
作业步骤介绍----特定生产
l 2，检验石英舟ID，类型，承载位置及状态
作业步骤介绍----特定生产
3，工艺选择及信息概要
作业步骤介绍----结束特定作业
CMS 系统 (Centrothem Machine Safety)
控制器功能
CCC - centrotherm cell control
► 保存所有连接的CESAR and CMI的备份 ► 所有记录的存储中心 ► 遥控服务的通道 ► 工艺的设计和组织 ► 记录的评估和分析 ► 舟的计算/ 系统生产信息的通路 ► 认知的基础: 保存了所有的介绍、文件、设备信息等 ► 备份中心: CD + DVD 记录器, 软件备份