扩散工艺的化学原理
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。
扩散工艺介绍
• 当l=a（即为一个方块）时，R= ρ /t。可见，（ρ /t）代表一个方 块的电阻，故称为方块电阻，特记为R□= ρ /t (Ω /□)
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扩散层薄层电阻的测试
• 目前生产中，测量扩散层薄 层电阻广泛采用四探针法。 测量装置示意图如图所示。 图中直线陈列四根金属探针 （一般用钨丝腐蚀而成）排 列在彼此相距为S一直线上， 并且要求探针同时与样品表 面接触良好，外面一对探针 用来通电流、当有电流注入 时，样品内部各点将产生电 位，里面一对探针用来测量 2、3点间的电位差。
排废口
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
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热扩散化学反应方程式
• 化学反应方程式
5 POCl
3
3 PCl
600 C 以上
5
P2 O 5
4 PCl
5
5O 2 2 P2 O 5 10 Cl 2
2 P2 O 5 5 Si 5 SiO
Si原子
杂质原子
晶格空位
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扩散工艺目的介绍
• 扩散的目的：形成PN结
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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。
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扩散装置示意图
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开管扩散炉结构示意图
排风
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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
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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。
镀膜 氧化 退火扩散-概述说明以及解释
镀膜氧化退火扩散-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:镀膜、氧化、退火和扩散是材料科学领域中常见的工艺步骤，它们在改善材料性能、增强功能和应用领域中起着至关重要的作用。
镀膜可以通过在材料表面形成一层保护膜来提高材料的耐腐蚀性能和硬度。
氧化是指材料与氧气发生化学反应，形成氧化物薄膜，可以改善材料的表面性能和稳定性。
退火是一种热处理工艺，通过加热材料至一定温度然后冷却的过程，可以消除材料内部应力和缺陷，提高材料的强度和韧性。
扩散是指在固体材料内部进行原子或分子的迁移，可以改善材料的导电性、磁性等性能，并被广泛应用于半导体、电子器件和功能材料的制备中。
本文将分别介绍镀膜、氧化、退火和扩散的原理、方法和应用，以便更好地了解这些工艺步骤在材料科学中的重要性和作用。
1.2 文章结构：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将对镀膜、氧化、退火和扩散等四个主题进行简要介绍，明确文章的研究对象和目的。
在正文部分，将详细介绍镀膜、氧化、退火和扩散的背景、原理、过程、机制、方法、效果和应用等内容，对四个主题进行深入分析和讨论。
最后，在结论部分，将对整篇文章的要点进行总结，展望未来对这些领域的研究方向和发展趋势。
整篇文章将全面系统地介绍镀膜、氧化、退火和扩散的相关知识，为读者提供全面深入的了解和参考依据。
1.3 目的本文的目的是深入探讨镀膜、氧化、退火和扩散这四个过程在材料科学和工程中的重要性和应用。
通过对每个过程的背景介绍、原理、方法和效果进行分析和总结，我们旨在帮助读者更全面地了解这些过程在材料表面处理及改性中的作用，以及它们在材料性能提升、功能性材料设计和制备过程中的应用前景。
同时，我们希望通过本文的撰写，促进相关领域的研究和技术发展，为材料科学和工程领域的进步贡献一份力量。
2.正文2.1 镀膜2.1.1 背景介绍镀膜是一种常见的表面处理方法，通过在物体表面涂覆一层薄膜来改变其性能或外观。
镀膜可以提高材料的耐腐蚀性、硬度、光学性能等，并在许多领域广泛应用，如电子、光学、汽车等。
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。
扩散工艺的化学原理教学文案
因三氧化二砷有剧毒，砷扩散不象磷扩散那样 广泛地用于一般器件。
1、氧化物源扩散 氧化物源扩散又称固一固扩散，基本原则是在硅片表
面先低温淀积一层掺杂的二氧化硅作为扩散源，然后在高 温下使杂质原子向硅内扩散。
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
×
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
上表中所列举的杂质源在不同程度上都有毒性。其中 以砷源和磷源毒性最大，尤其是砷和磷的气态源有剧毒又 易爆炸，在使用时应采取相应的安全措施。
§6-4 锑扩散的化学原理
为了减少集电极串联电阻，改善饱和压降，在集成电路 生产时，都在N-P-N 晶体管的集电区下面扩散一层N＋层， 通常称为隐埋层。
隐埋层通常采用锑扩散，因为锑的扩散系数较磷、硼 小，故外延生长时的自掺杂效应也就低，同时又经得起以 后工艺过程中的高温处理。 埋层锑扩散大都使用三氧化二锑（Sb2O3）为杂质源：
扩散工艺的化学原理
扩散工艺: 高温下，将杂质原子向硅、锗晶体内部扩 散。
目的：制造P-N 结，制造集成电路的扩散电阻、埋层 和隔离。
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）
§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
硼磷扩散
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。
太阳能电池片扩散工艺
清洗开始时，先开O2，再开TCA；清洗结束 后，先关TCA，再关O2。 三氯乙烷（C2H3Cl3）高温氧化分解，产生 的氯分子与重金属原子化合后被气体带走， 达到清洗石英管道的目的。其反应式为： C2H3Cl3 + O2 = Cl2 + H2O + CO2 +…… 当炉温升至预定温度（1050℃）后直接运行 TCA工艺，直至TCA+饱和工艺结束。
POCl3 简介
PClO3极易水解，在潮湿的空气中，因水解产生酸雾， 水解生的HCl 溶于源中会使源变成淡黄色，此时须换 源。 工艺生成物HPO3是一种白色粘滞性液体，对硅片有 腐蚀作用，并会使石英舟粘在管道上不易拉出。
磷扩散工艺过程
清洗
扩散
饱和 回温 装片
关源，退舟
卸片
送片
7
方块电阻测量
四探针法原理
检验原理ⅱ
I V
R=F×V/I 四探针可以排成不同的几何形状，最常见的是排成一条直线。 探针间距远大于结深时，几何修正因子为4.5325。
关于四探针
用途：测量半导体材料的电阻率。 原理：使用四根处于同一水平面上的探针压 在所测材料上，1,4探针通电流。2,3探针间 产生一定的电压。
扩散方块电阻控制在47-52Ω/□之间。同一炉扩散方块 电阻不均匀度≤20%，同一硅片扩散方块电阻不均匀度 ≤10%。 表面无明显因偏磷酸滴落或其他原因引起的污染。
清洗
8
清洗
化学品：C2H3CL3(三氯乙烷) 特性： 无色液体，不溶于水 危害性：遇明火、高热能燃烧，并产生剧毒的氯 化氢烟雾 。急性中毒主要损害中枢神经系统。对 皮肤有轻度脱脂和刺激作 用。
9
饱和
每班生产前，需对石英管进行饱和。 炉温升至设定温度时，以设定流量通小N2（携 源）和O2，使石英管饱和，20分钟后，关闭小 N2和O2。 初次扩散前或停产一段时间以后恢复生产时， 需使石英管在950℃通源饱和1小时以上。
扩散工艺知识..
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，制造PN 结。
第⼀节扩散原理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： N D tN 2?=?? （3-1）在⼀维情况下，即为： 22xN D t N ??=?? （3-2）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。
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。
扩散氧化工艺原理
扩散氧化工艺原理
这个反应过程可以分为两个阶段：一是氧气分子沉积在硅表面，形成
一层O-Si键；二是硅表面的O-Si键在氧气供应的条件下往深处扩散形成
氧化硅层。
在第一个阶段，氧气分子接触到硅表面时，会与硅表面的空位结合形
成一层O-Si键。
这个过程需要一定的能量，通常通过加热硅材料来提供。
加热后，氧气分子在硅表面活动，并与硅表面的空位结合，形成O-Si键。
这个阶段通常称为吸附阶段。
在第二个阶段，经过吸附阶段的氧气分子会进一步往深处扩散，形成
氧化硅层。
这个阶段的扩散速度取决于氧气浓度、温度和时间。
在扩散过
程中，氧气分子会与硅表面上的空位重新结合，并在硅晶体中形成氧化硅层。
扩散氧化工艺的关键因素包括温度、氧气浓度、气压和时间。
温度是
扩散反应的驱动力，提供足够的能量使氧气能够与硅表面发生反应。
氧气
浓度和气压决定了氧气供应的速度和压力，进而影响氧化层的厚度和性质。
时间则是控制反应时间长短的因素，直接影响氧化层的厚度。
然而，扩散氧化过程也存在一些问题。
首先是氧化层的非均匀性，由
于氧分子的扩散速度不同，所形成的氧化层厚度存在差异。
其次是扩散过
程中可能会引入杂质，导致氧化层质量下降。
总之，扩散氧化工艺是一种重要的化学反应方法，广泛应用于多个行业。
了解扩散氧化的原理对优化和控制工艺至关重要，有助于提高氧化层
的质量和性能。
固体扩散知识点总结高中
固体扩散知识点总结高中一、固体扩散的概念固体扩散是指固体物质在其晶体内或固体间以固态扩散的方式，通过原子、离子或分子的迁移，从而实现物质之间的传递和混合。
在固体体相中，原子、离子或分子由于热运动的影响，会发生扩散现象，从而引起物质的变化和传输。
二、固体扩散的原理1. 热运动：固体内部的原子、离子或分子由于热运动的作用而发生迁移，从而引起固体的扩散。
2. 空位扩散：固体晶格中存在一定数量的空位，原子、离子或分子通过这些空位进行迁移，形成扩散现象。
3. 杂质扩散：固体中所含的杂质也会影响固体的扩散速率，使得固体扩散不再是纯净物质之间的扩散，而有了杂质的影响。
4. 温度影响：温度是影响固体扩散速率的重要因素，温度升高可以加快固体扩散速率，从而促进扩散现象的发生。
5. 应力影响：固体中的应力也会影响固体扩散的速率，应力越大，扩散速率越快。
三、固体扩散的影响因素1. 温度：温度是影响固体扩散速率的重要因素，温度升高可以加快固体扩散速率，从而促进扩散现象的发生。
2. 材料性质：固体的晶体结构、晶粒大小、杂质含量等都会影响固体的扩散速率。
3. 应力：固体中的应力也会影响固体扩散的速率，应力越大，扩散速率越快。
4. 时间：随着时间的推移，固体扩散会逐渐发生，而且扩散速率还会随时间的变化而发生变化。
四、固体扩散的应用1. 材料加工：在金属工艺和陶瓷工艺中，固体扩散是非常重要的工艺现象，它被广泛应用于金属的焊接、涂层、烧结、热处理等工艺中。
2. 化学反应：在化学反应过程中，固体扩散起着非常重要的作用，它能够影响反应速率和反应的进行方式，从而影响最终产物的产生。
3. 材料改性：利用固体扩散的特点，可以对材料进行改性，例如在金属表面进行渗碳处理，使金属具有更好的力学性能。
4. 热传导：固体扩散也参与了热传导的过程，热传导是由于固体内部的原子、离子或分子的扩散而实现的。
总之，固体扩散是固体物质的一种重要的扩散现象，它对于材料加工、化学反应、材料改性和热传导等方面都有着非常重要的影响。
扩散氧化工艺原理
2. 3氧化过程中硅片表面位置的变化
如果热生长的二氧化硅厚度是X0（um），所消耗的硅厚度为X1，则： a=X1/X0=0.46 即生长1um的SiO2，要消耗掉0.46um的Si。但不同热氧化生长的 SiO2的密度不同，a值会略有差
SiO2表面 原始硅表面
54% 100% 46%
Si-SiO界面
扩散的均匀性和重复性
在大量的生产过程中，扩散的均匀性和重 复性十分必要，否则，半导体器件、集成 电路的离散性就很大。在生产中经常发现 同一批号的器件（同一炉扩散出来），方 块电阻差别很大，特别在低浓度扩散时， 这种现象比较严重。这就是扩散的均匀性 问题．如果在同样的工艺条件下，每一炉 的扩散结果都有差别，这就是扩散的重复 性问题。
2．1．4 集成电路的隔离介质
二氧化硅的隔离效果比PN结的隔离效果好，漏电 流小，耐击穿能力强，隔离区和衬底之间的寄生 电容小，不受外界偏压的影响，使器件有较高的 开关速度。如工艺中常用的场氧化就是生长较厚 的二氧化硅膜，达到器件隔离的目的。
Si3N4
SiO2
P-Well
N-Well Si(P)
扩散工艺的主要参数
1结深 比较关键，必须保证正确的温度和时间； 2扩散方块电阻 注入能量和剂量一定后,表面浓度主要受制于推结 程序的工艺过程,如高温的温度、工艺的时间、氧 化和推结的前后顺序； 现行的主要控制参数 3膜厚 主要为光刻对位提供方便,同时会改变园片表面的 杂质浓度；
影响扩散的工艺参数
扩散方程
恒定表面浓度扩散---余误差分布 N(x,t)=N0erfc x/2(Dt)1/2
恒定表面源扩散的杂质分布
扩散方程
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。
溶剂扩散法晶体
溶剂扩散法晶体介绍溶剂扩散法晶体是一种常用的合成晶体的方法。
通过将可溶性溶剂和溶质溶解在溶液中，然后通过溶剂的蒸发或者溶液的扩散使溶剂含量下降，导致过饱和度的增加，从而促进晶体的形成。
本文将详细讨论溶剂扩散法晶体的原理、步骤以及相关应用。
原理溶剂扩散法晶体的形成原理基于溶液的扩散过程。
当溶质溶解在溶剂中时，溶质分子会随机分布在溶液中，形成一个动态平衡。
而溶剂和溶质之间的分子间相互作用力不同，使得在溶剂扩散过程中溶质分子具有不同的扩散速度。
通过控制溶剂的蒸发速率或者扩散速度，可以使得溶质分子逐渐聚集并形成晶体。
方法溶剂扩散法晶体的步骤如下：1. 选择合适的溶剂选择合适的溶剂是合成高质量晶体的关键。
溶剂应具有以下特点： - 可与溶质快速溶解形成均匀的溶液 - 可适度蒸发或扩散，使得溶剂的浓度逐渐下降 - 无毒、无害，避免对人体和环境造成危害2. 配制溶液将溶剂加热至适当温度，然后逐渐加入溶质，使其完全溶解。
可以根据需要调整溶质的浓度。
3. 控制扩散速率可以通过以下方式控制溶剂的扩散速率： - 调整溶液的温度，高温下溶剂蒸发速率快，低温下扩散速率慢 - 改变溶液的容器大小和形状，小容器和窄底容器利于溶剂蒸发从而加快扩散速率 - 调节环境湿度，低湿度有利于溶剂蒸发，加快扩散速率4. 晶体的形成随着溶剂蒸发或扩散，溶质浓度逐渐增加，超过溶解度限制，溶质开始形成晶体。
晶体的生长速率取决于扩散速率和晶体核心的质量。
应用溶剂扩散法晶体的方法简单易行，适用于多种溶解度较高的物质。
它在以下领域具有广泛应用：1. 蛋白质晶体学在蛋白质晶体学研究中，溶剂扩散法是常用的生长晶体的方法之一。
通过溶剂扩散法，可以得到高质量、大尺寸的蛋白质晶体，为蛋白质结构解析提供重要的工具。
2. 硅片制备溶剂扩散法可以用于制备硅片，它是集成电路制造中的重要工艺步骤之一。
通过将硅溶胶溶液放置在高湿度环境中，溶液中的溶质浓度逐渐升高，进而沉积在硅片表面形成薄膜。
第三章扩散工艺6
得到方程组： C（0，t）=Cs C（x，0）=0
C 2C dx D 2 dx t x
解得：
C ( x, t ) CS (1 2
x 2 Dt
x=0 t=0
e d CS (1 erf
2
0
x x ) CS erfc 2 Dt 2 Dt
式中Cs为Si表面浓度，为常数
有限表面源扩散表面浓度计算
Si表面（X=0处）杂质浓度
Q N ( x, t ) e C Dt
x2 4 Dt
C
C C
D愈大（扩散温度越高）t愈长，Cs则愈低。
有限表面源扩散杂质分布形式
Q C ( x, t ) e Dt
x2 4 Dt
Cs (t )e
x2 4 Dt
可见C与Cs成正比，与D，t的平方根成反比。
(3-14)
第二菲克定律：描述了杂质浓度随时间变化的规律
3.3 扩散杂质的分布
由扩散方程以及边界条件和初始条件不 同，扩散方程的解不同，杂质在硅中的 分布也不同。 目前，扩散分布主要有两种： 恒定表面源扩散、有限表面源扩散
3.3.1恒定表面源扩散
在整个扩散过程中，硅片表面始终暴露在 具有恒定而均匀的杂质源的气氛里。即表 面的杂质浓度Ns始终不变。 边界条件: C（0，t）=Cs x=0 初始条件：在扩散的开始时间(t=0）,除了 Si表面（x=0）与杂质气体接触外，Si片内 部各点都没有杂质扩进去，即 C（x，0）= 0 t=0
占据晶体内晶格格点上的正常位置的杂质原子，称 替位杂质 替位杂质从一个晶格位置运动到另一个晶格位置上 称为替位式扩散 替位杂质的近邻晶格上出现空位，替位杂质才能比 较容易的运动到近邻空位上。当近邻没有空位时， 通过换位才能实现替位杂质从一个晶格位置运动到 另一个晶格位置上，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，这个过程是难以 实现的。 替位杂质的运动同间隙杂质相比一般来说更困难
化学扩散的名词解释
化学扩散的名词解释化学扩散是指物质或粒子在空间中自发地分布和传播的过程。
它是一种无序的运动，通常由于浓度差异或梯度引起。
化学扩散广泛应用于地球科学、物理、生物学和工程领域，对于我们理解自然界和技术应用有着重要的意义。
一、分子扩散分子扩散是化学扩散中最常见和重要的一种形式。
分子扩散发生在气体、液体和固体之间，其基本原理是分子间的无规运动和碰撞。
在气体中，分子扩散确定了气体在容器中的分布。
在液体中，分子扩散决定了溶质在溶液中的扩散速率。
在固体中，分子扩散主要发生在晶格空隙或缺陷处，决定了材料中各种物质的传输性质。
二、质量传递质量传递是指物质在空间中由高浓度区域向低浓度区域传递的过程。
它是化学扩散的核心概念之一，主要涉及质量守恒和浓度梯度驱动。
质量传递可以在不同的介质之间发生，如气体、液体、固体之间的传递；同时，也可以发生在同一介质中的不同相之间，如气液、液液、固体液之间的传递。
三、扩散系数扩散系数是衡量物质在扩散过程中传递能力的物理量。
它描述了物质在单位时间和单位面积上通过扩散过程传递的物质量。
扩散系数与温度、压力、物质性质和介质特性等因素有关。
通过测量和研究扩散系数，可以深入理解扩散过程的动力学特性，并为环境保护、制药工业以及材料科学等领域的应用提供基础支持。
四、扩散速率扩散速率是指物质在扩散过程中通过单元面积的穿过能力，通常用质量或浓度的变化率表示。
扩散速率与扩散系数、浓度差、距离和时间等因素密切相关。
通过控制和调节这些因素，可以有效地控制和改善扩散过程，实现理想的分离、反应或传输效果。
五、扩散模型扩散模型是对扩散过程进行定量描述和预测的数学或物理模型。
扩散模型通常基于质量平衡方程和运动方程，采用偏微分方程来描述扩散过程中物质浓度的变化。
常见的扩散模型包括菲克定律、斯托克斯-爱因斯坦方程、狄利克莱问题等等。
通过建立和求解扩散模型，可以深入探究扩散过程中的动力学和热力学行为，为实际应用提供理论指导。
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6
扩散过程基本上只有两种形式：
1）化合物先分解为单质（或直接以单质），再以 单质的形式向硅中扩散；
2） 经过反应先生成杂质元素的氧化物（或原来就 是氧化物），然后氧化物再与硅反应产生二氧化 硅和杂质元素向硅中扩散。
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7
热扩散过程的三个步骤：
预淀积的杂质层
结深
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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
√
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11
杂质形态：
间隙式杂质：具有高扩散率的杂质，如金（Au）、铜（Cu）、钠（Na） 等。
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§6-3 磷扩散的化学原理
1、液态源―三氯氧磷
三氯氧磷（POCl3）是一种无色透明的液体，具有刺激 性、窒息性气味，有毒，常因溶有氯气或五氯化磷而呈红 黄色。比重为1.675，熔点为2℃，沸点为105.3℃。
三氯氧磷极易挥发，在室温下具有较高的蒸气压，为了 保持恒定的蒸气压，使表面浓度稳定，且便于控制，一般 在扩散时将源温恒定在0℃ ，以防止由于蒸气压过高而出 现合金现象。
正是这个原因，扩砷的发射区无陷落效应，有 利于薄基区的形成。浅结、薄基区可提高器件的 频率特性，所以砷扩散工艺普遍用于微波器件。
因三氧化二砷有剧毒，砷扩散不象磷扩散那样 广泛地用于一般器件。
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27
1、氧化物源扩散
氧化物源扩散又称固一固扩散，基本原则是在硅片表 面先低温淀积一层掺杂的二氧化硅作为扩散源，然后在高 温下使杂质原子向硅内扩散。
施主型杂质：第 V A 族元素， 如：磷、砷、锑、铋； 受主型杂质：第 III A 族元素， 如：硼、铝、镓、铟。
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5
如何选择扩散源：
1）半导体材料的导电类型需要；
2）选择在硅中具有适当的扩散速度的杂质；
3 ）选择纯度高、毒性小的扩散源。
常用的扩散杂质有硼（B）， 磷（P）、锑（Sb）、砷（As）。
目前广泛使用：
硼扩散杂质源－－固态源氮化硼 液态源硼酸三甲酯和三溴化硼。
磷扩散杂质源－－三氯氧磷 N 型外延衬底杂质源是三氯化磷。
锑扩散杂质源－－三氧化二锑
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§6-2 硼扩散的化学原理
1、固态源―氮化硼
氮化硼（BN）是一种新的固态硼源，是一种白色粉末 状的固体，熔点约在3000℃左右，微溶于水。氮化硼的化 学稳定性很高，酸、强碱以及氯等几乎不与它起作用，但 与强碱共熔时或在红热时受到水蒸气的作用会缓慢水解而 生成三氧化二硼和氨，其反应式如下：
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
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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上表中所列举的杂质源在不同程度上都有毒性。其中 以砷源和磷源毒性最大，尤其是砷和磷的气态源有剧毒又 易爆炸，在使用时应采取相应的安全措施。
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§6-4 锑扩散的化学原理
为了减少集电极串联电阻，改善饱和压降，在集成电路 生产时，都在N-P-N 晶体管的集电区下面扩散一层N＋层， 通常称为隐埋层。
隐埋层通常采用锑扩散，因为锑的扩散系数较磷、硼 小，故外延生长时的自掺杂效应也就低，同时又经得起以 后工艺过程中的高温处理。 埋层锑扩散大都使用三氧化二锑（Sb2O3）为杂质源：
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。
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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。
首先淀积掺砷氧化层。然后将淀积好的硅片放入980 ℃左右的高温炉内，在氮气或氮氧混合气体保护下扩散， 15～20 分钟。
在扩散温度下，三氧化二砷被硅还原为砷：
砷杂质原子进而向硅中扩散。
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2、二氧化硅乳胶源扩散
掺杂二氧化硅乳胶源是一种比较新的扩散源，它具有氧 化物源的优点，工艺又简单，且重复性和均匀性较好，可 掺杂的杂质种类多。
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三氯氧磷液态源是目前磷扩散工艺中应用最广泛的一 种杂质源。它具有操作简便、经济、适宜大批量和连续 生产，且扩散质量好等优点。它也常用作磷处理、磷吸 收以及化学淀积磷硅玻璃等的磷源。
三氯氧磷很容易发生水解，在潮湿的空气中会因水解 而发烟，因此，使用三氯氧磷源时，源瓶密封性也必须 良好，通入的氮气和氧气都必须干燥。若三氯氧磷已经 发黄变质，就不能再使用。倒掉旧源后不能马上用水冲 洗，否则三氯氧磷迅速发生水解反应容易引起爆炸事 故。
预淀积 推进 激活
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8
第一步、预淀积
热扩散开始，炉内温度通常设为800到1000 ℃ ，持续 10到30分钟。杂质仅进入硅片表面形成很薄的杂质层， 此称为预淀积。
预淀积的杂质层
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第二步、推进
在不向硅片中增加杂质的基础上，升高温度（1000 到1250 ℃ ），使淀积的杂质层进一步向硅片内部扩 散，并达到规定的结深。
扩散到硅晶体内部
V A 族元素杂质：磷（P）、锑（Sb）
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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。
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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。
第6章 扩散工艺的化学原理
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1
热扩散原理 杂质原子由浓度高的地方向浓度低的地方进行扩散。
比如在水里滴一滴墨汁，墨汁会在水中的进行扩散。
杂质源
掺杂阻挡层
杂质向硅片中进行扩散
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2
扩散工艺: 高温下，将杂质原子向硅、锗晶体内部扩 散。
目的：制造P-N 结，制造集成电路的扩散电阻、埋层 和隔离。
III A族元素杂质：硼 （B）