扩散氧化工艺原理..

均匀性
温区短，会使石英舟各处温度有差异，从 而造成扩散结果不均匀；如果恒温区变化 未及时调整，同样会出现这个问题。因此， 在我们日常的生产过程中要经常测量恒温 区的，并且恒温区制得特别长。 第三是杂质的蒸汽压的影响。如果石英舟 上各处的杂质蒸汽压不均匀，也会使得扩 散结果不均匀。如携带杂质源的Ｎ２流量太 小，而保护性Ｎ２流量又过大。或者石英管
SiO2
P-WLL N-WELL
S(P+)

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。
扩散氧化工艺原理
圆片部 扩散班-刘磊石
扩散工艺原理
扩散原理

扩散运动是一种微观粒子的热运动，只有 存在浓度梯度时，这种热运动才能形成。 扩散运动其实是十分复杂的运动，只有当 杂质浓度和位错密度低时，扩散运动才可 以用恒定扩散率情况下的菲克扩散定律来 描述为： J（x，t）=-D×dN(x,t)/dx 式中 J—单位时间内杂质原子扩散量；
均匀性
扩散不均匀有三个原因。首先是衬底材料 本身存在差异．如果同一批外延片中存在 电阻率和厚度不均匀，那么在这一批外延 片上进行扩散，其方块电阻和杂质浓度肯 定会有不同。解决这个问题，当然在于解 决趁底材料的均匀性问题，尽量选择参数 一致的材料同时进行扩散。 其次是恒温区有变化（或太短）。如果恒
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

有限源表面浓度扩散---高斯分布 N(x,t)=Q/(ΠD’t’)1/2e-x2/4D’t’ Q---表面杂质总量
有限表面源扩散的杂质分布
扩散方法
扩散方法多种多样，生产上常用的有以下 几种方法： 液态源扩散 固态源扩散 乳胶源扩散 其他还包括箱法扩散，固固扩散，金扩散 等扩散方法。
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。

式中 dN(x,t)/dx—杂质浓度梯度（即沿x方向 杂质浓度变化率） D—杂质扩散系数 扩散系数D是描述杂质扩散运动快慢的一个 物理量，它与扩散温度、杂质种类、扩散气 氛、衬底晶向等多种因素有关。负号表示扩 散方向与浓度增加方向相反，即沿着浓度下 降的方向。 在此说明一下，上式是假定在一维空间 中，即J只是x和t的函数。
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


1 温度 易变因素，决定了扩散系数的大小，对工艺的影响最大。 2 时间 一般不易偏差，取决于时钟的精确度。 3程序的设置 先氧化后推结与先推结后氧化得出的表面浓度就不同，因 此，方块电阻就会有很大的差别。 4 排风 &气体流量 排风：对炉管的片间均匀性，尤其是炉口有较大的影响。 气体流量：气体流量的改变会影响氧化膜厚，从而使表面 浓度产生变化，直接影响器件的电参数.
均匀性

粗细不均匀使得石英舟上各处的杂质蒸汽 压不一致。改进办法是在进气端安装一个 气体混合室，使得保护性气体和携带源的 气体混合后进入气体反应室。对于片状的 扩散源，要让片状源和硅片之间的间距完 全相同。
重复性

重复性不好是由于各炉次的工艺条件存在 一些起伏而引起。如刚清洗的石英管和使 用久了的石英管，如果用同样的工艺条件， 其结果是会有一些差别的。因为刚清洗过 的石英管会吸收大量杂质，而使用久了的 石英管吸收杂质已达到饱和状态。此外， 源温、流量、材料、扩散温度等都会有些 微小的起伏，造成扩散重复性不好。
2. 1氧化层的作用

Fra Baidu bibliotek
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。
扩散工艺的控制要点


1拉恒温区控制温度、2校流量控制气体、3监控风量控制 排风4双确认控制工艺程序、5固定排片方式、片间距等 防止引入沾污，清洗硅片、石英舟、炉管等 工艺控制手段：前馈方式试片（陪片），使用假片等
热氧化工艺原理

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. 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；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。
Si3N4 SiO2
P-Well N-Well Si(P)
2．1．3电容的介质材料

电容的计算公式： C=0*r*S/d 0：真空介质常数 r：相对介电常数 S：电容区面积 D：介质层厚度 二氧化硅的相对介电常数为3-4。二氧化硅的耐击 穿能力强，温度系数小，是制作电容介质的常用 材料。在电容的制作过程中，电容的面积和光刻、 腐蚀有较大的关系，而厚度则由二氧化硅的厚度 决定。