扩散氧化工艺原理..
氧化扩散室
氧化扩散室氧化扩散室是半导体加工工艺中非常重要的一种设备，它能够将监测到的杂质进行去除，将硅片表面部分的杂质原子取代成氧原子，从而通过形成氧化膜的方式控制硅片表面的厚度和杂质浓度，进而实现半导体器件的制造。
本文将介绍氧化扩散室的原理、结构及工艺流程等相关内容。
一、原理氧化扩散室的原理是通过高温下硅片表面的杂质原子和氧原子的反应，生成一层厚度和浓度均匀的氧化膜。
在扩散过程中，氧原子进入了硅晶体中，并与硅原子提供的杂质原子结合，形成氧化物，从而在硅表面形成了一层氧化膜。
二、结构氧化扩散室主要由以下几个部分组成：1.室体：室体是氧化扩散室的主要组成部分，其中包括室体壁、底板及加热器等。
2.气路系统：气路系统主要包括进气、排气及气流控制系统，用于控制反应室内氧化气体的浓度和流速。
3.温控系统：温控系统主要用于控制氧化扩散室内的温度，以保证反应过程的稳定进行。
4.压力控制系统：压力控制系统主要用于调节气路压力，保证反应室内的气体压力稳定。
5.电子控制系统：电子控制系统主要用于控制氧化扩散室内的设备操作，包括温控、压力控制、气流控制等。
三、工艺流程氧化扩散室的工艺流程主要包括以下几步：1.清洗硅片：首先需要将硅片表面的污物进行清洗，通常是通过酸洗来实现，以保证后续的工艺操作的稳定性。
2.氧化处理：将清洗后的硅片放入氧化扩散室中，通过控制氧化气体的浓度和流速，使氧原子在硅片表面上发生化学反应，从而形成一层氧化膜。
3.退火处理：生成氧化膜后，需要对其进行退火处理，以促进氧化膜和硅片之间的结合，并提高氧化膜的品质。
4.刻蚀处理：在刻蚀处理过程中，利用化学或物理方法去除氧化膜的部分厚度，以实现半导体器件的制造。
四、应用领域氧化扩散室被广泛应用于半导体工艺制造领域，是制造硅片中氧化膜、制备浸蚀液等工艺必不可少的设备之一。
在半导体器件制造过程中，氧化扩散室主要用于制备介电氧化物、建立标准的介电层和渐变层厚度、制造阻挡层和制定氧化工艺，如稀瘤氧化法、暗氧化法、控制失调氧化法等。
高温氧化扩散炉的工作原理
高温氧化扩散炉的工作原理高温氧化扩散炉是一种用于集成电路（IC）制造过程中的重要设备，它主要用于在硅片上形成氧化层、掺杂杂质和扩散杂质等工艺步骤。
下面将详细介绍高温氧化扩散炉的工作原理。
高温氧化扩散炉由炉膛、加热装置、气氛调节系统、控制系统和监测系统等组成。
其工作原理可分为三个主要步骤：预热、氧化和冷却。
首先，预热阶段。
在使用高温氧化扩散炉之前，需要对炉膛进行预热，使其达到工作温度。
预热一般分为两个阶段，首先是室温到400C之间的低温预热，其目的是预防因温度快速升高造成的炉膛损坏；然后是400C左右到工作温度的高温预热，这个阶段主要是为了使炉膛的温度稳定在工作温度。
其次，氧化阶段。
这个阶段是在工作温度下进行的，目的是在硅片表面形成一层氧化层。
工作温度一般在800C到1200C之间，具体温度取决于所需的氧化层厚度。
通常情况下，氧化阶段会持续一段时间，以确保氧化层的稳定性和质量。
在氧化过程中，氧气和惰性气体（如氮气）被搅拌并送入炉膛，氧气与硅片表面发生化学反应，生成二氧化硅（SiO2）薄膜。
氮气的作用是稀释氧气，防止氧气浓度过高，避免氧化层产生缺陷。
最后，冷却阶段。
在完成氧化过程后，炉膛需要冷却至室温，以便取出硅片。
冷却过程一般是逐渐降温，以避免快速温度变化对硅片的影响。
炉膛内部会通过风扇或其他冷却装置进行散热，以加快冷却速度。
冷却完毕后，可打开炉门取出硅片，经过下一步工艺处理。
在高温氧化扩散炉的工作过程中，温度、气氛和时间是三个主要的工艺参数。
温度控制是通过加热装置，如电阻丝或加热器等，将炉膛体系加热至设定温度，并通过温度传感器进行实时监测和控制。
气氛调节系统则通过气流控制和阀门调节，确保氧化过程中气氛的稳定性。
时间控制则是通过控制系统中的定时器或计时器实现，根据工艺要求设定氧化时间。
总结来说，高温氧化扩散炉的工作原理是通过施加高温、控制气氛和时间，实现在硅片表面形成氧化层，并完成杂质掺杂和扩散等工艺。
氧化扩散CVD设备基本原理功能培训
氧化
氧化
四、常见问题及处理 所有片子膜厚异常 装载端膜厚异常，但片内的均匀性正常
氧化
1、膜厚异常 对策：首先，检查测量结果是否准确、仪器工作 状态是否正常，然后 a、 检查程序 H2 O2气体流量、工艺温度是否正常 b、检查炉管的气体接口是否正常 c、如使用控制片，检查OM控制片是否用对 d、检查温度气体 流量曲线，确认是否有异常。 e、检查点火装置的各处连接正常，然后进行点火 实验。
扩散
2、硼予扩 2.1 硼予扩原理 采用B30乳胶源在硅片表面匀一层硼杂质膜，然 后在扩散炉中进行杂质的再分布。
扩散
2.2 影响硼扩散的因素 a 炉管温度 炉管温度会影响硼杂质膜在硅中的杂质再分布， 从而影响掺杂电阻；
扩散
b 程序的编制 气体流量设置的大小影响到杂质再分布的速度， 使推结的时间变化，从而影响了表面浓度和电阻。 c 时间 一般不易偏差，取决于时钟的精确度
氧化
4、掺氯氧化 氧化气体中掺入HCL或Trans-LC（反一二氯乙烯）后，氧 化速率及氧化层质量都有提高。人们从两个方面来解释速 率变化的原因，其一：掺氯氧化时反应产物有H2O，加速 氧化；其二：氯积累在Si-SiO2界面附近，氯与硅反应生成 氯硅化物，氯硅化物稳定性差，在有氧的情况下易转变成 SiO2，因此，氯起了氧与硅反应的催化剂的作用。并且氧 化层的质量也大有改善，同时能消除钠离子的沾污，提高 器件的电性能和可靠性。热氧化过程中掺入氯会使氧化层 中含有一定量的氯原子，从而可以减少钠离子沾污，钝化 SiO2中钠离子的活性，抑制或消除热氧化缺陷，改善击穿 特性，提高半导体器件的可靠性和稳定性。
IC中常见的SiO2生长方法：
热氧化法、淀积法
氧化
热氧化法概念 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。 热氧化目的 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。
扩散工艺的原理
扩散工艺的原理
扩散工艺是一种常用的半导体制造工艺，主要用于将掺杂材料在晶体中进行分布均匀的过程。
其原理基于掺杂材料的高浓度区域向低浓度区域的自由扩散。
具体的步骤如下：
1. 洁净晶体表面：在进行扩散之前，必须先清洁晶体表面，以去除表面氧化物和杂质，保证扩散过程的纯净度。
2. 衬底预处理：扩散液有时会侵蚀衬底材料，因此，需要先用保护层对衬底进行处理，以避免受到损伤。
3. 掺杂液制备：根据需要进行掺杂的材料种类和浓度要求，制备合适的掺杂液。
掺杂液中主要含有掺杂材料的离子。
4. 扩散过程：将待扩散的晶体与掺杂液接触，经过一定的时间和温度，掺杂材料的离子会在表面开始向内部扩散。
扩散速度取决于温度、时间和材料的特性。
5. 控制参数：在扩散过程中，需要严格控制温度、时间和气氛，以确保掺杂材料扩散的均匀性和准确性。
6. 后处理：扩散完成后，需要进行后续的清洗和退火处理，以去除残留的杂质和优化晶体结构。
总结起来，扩散工艺的原理是利用掺杂材料的高浓度区域向低浓度区域的自由扩散。
通过精确控制参数，可以实现对晶体的特定区域进行掺杂，从而改变材料性质和特性。
半导体不同扩散工艺的特点
半导体不同扩散工艺的特点
半导体的扩散技术是将特定种类的杂质原子在半导体晶体中扩散，并改变半导体材料的导电性质。
半导体扩散工艺主要分为以下几种：
1. 扩散氧化法：将硅片加热至高温，使气体中的氧气（O2）分解，产生的氧分子与硅片表面反应，生成二氧化硅（SiO2），从而控制扩散层的深度和宽度。
该工艺的特点是扩散面积大，扩散层深度均匀，但是扩散速度较慢，适用于生产较高质量要求的器件。
2. 氧化掩蔽扩散法（LOCOS）：利用化学气相沉积或物理气相沉积在硅片表面沉积一层硅氧化物光刻膜（LOCOS法）或硅酸盐膜（LOCAT法），通过扩散杂质（如磷、硼等）和高温处理，使膜下方的硅衬底发生晶格变形和氧化，形成带孔的氧化硅层，从而形成了扩散区域。
该工艺特点是可制造出复杂的器件结构，但是对于大尺寸芯片来说，芯片表面会过度弯曲，造成拉应力，最终导致母片变形，影响器件性能和可靠性。
3. 氧化铝扩散法：在扩散前利用化学气相沉积在硅片表面沉积一层氧化铝膜，再在这层氧化铝膜上打一个小口（缺口），通过缺口在晶体下面扩散，形成扩散区。
该工艺特点是可保护芯片表面，避免造成晶片变形，但是扩散层较浅，仅适用于制造器件的浅扩散层。
4. 离子注入法：利用离子加速器将杂质离子注入到硅晶体中，形成扩散区。
该
种方法的特点是扩散速度快，扩散深度大，适用于生产器件的深扩散层，但是也存在与晶片表面反应的问题，同时也会导致结果分布不均匀的问题。
总之，选择适当的扩散工艺需要根据所需器件的性质和质量要求来确定。
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。
不锈钢扩散焊接工艺
不锈钢扩散焊接工艺不锈钢扩散焊接工艺是一种高效的不锈钢连接方法，其利用高温条件下不锈钢表面的氧化反应进行焊接。
该工艺具有低成本、高接头质量、环保等优点，被广泛应用于不锈钢制造行业。
下面将详细介绍不锈钢扩散焊接工艺的原理、工艺流程和实施要点。
1. 原理不锈钢扩散焊接是一种利用高温条件下对不锈钢表面进行反应的焊接方法。
不锈钢扩散焊接的原理是利用氮、氧、碳等元素在高温条件下与不锈钢表面反应，形成一种含氮、含氧、含碳等元素的薄层，使不锈钢材料表面具有良好的焊接性能。
在扩散焊接工艺过程中，可使用特殊的焊接设备，将工件加热到适当的温度，使其表面氧化，然后进行压合，使氧化物被压实形成焊缝。
2. 工艺流程不锈钢扩散焊接的工艺流程主要包括选择材料、准备工件、预热、焊接、热处理、修磨等环节。
具体的工艺流程如下：（1）选择材料：要选择与所要焊接材料相似的、高品质的、具有良好机械性能的初始材料。
初始材料的质量直接关系到焊接后的接头质量和使用寿命。
（2）准备工件：将工件表面清洗干净，排除杂质和粉尘，以免影响焊接效果。
然后将工件按要求放在热交换板上。
（3）预热：将工件放在预热炉里，热处理时间根据不同的材料和焊接要求而定，一般在800-1000℃左右预热。
预热使得工件表面的氧化层软化，并加速氧化反应。
（4）焊接：将加热后的工件取出，然后将待焊接部位压紧，形成合适的接触面积。
然后再找到合适的热交换板，用力按压，使工件表面形成一层薄质的氮氧化物层。
接下来，进行焊接，并在符合要求的时间范围内完成。
（5）热处理：在完成焊接后，需要进行一定时间的热处理，以降低内部应力，并使接头连结更加牢固。
（6）修磨：在热处理结束后，删除焊接部位的氧化层、镀层、氧化产物等，并对接头进行磨削、抛光，使接头表面达到平整、光滑的要求。
3. 实施要点（1）选择合适的材料是扩散焊接的前提，必须对所采用的材料有深入的理解与熟悉。
（2）预热温度要根据材料和复杂工件结构来调整，热处理时间及温度应符合材料的要求，以保证焊接质量。
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
氧化扩散退火
氧化扩散退火
氧化扩散退火是一种金属材料加工过程，用于改善材料的机械性能和化学性能。
氧化扩散是指在高温下，金属材料表面与氧气反应生成金属氧化物，在退火过程中，通过控制温度和气氛，可以调整金属氧化物的形成和分解速度，从而改变材料的表面组织和性能。
在氧化扩散退火过程中，首先将金属材料放置在高温炉中，并在炉内注入一定浓度的氧气气氛。
当材料表面与氧气接触时，金属与氧气发生氧化反应，形成金属氧化物。
通过控制退火温度和时间，可以控制氧化层的厚度和化学成分。
随后，在退火过程中，可以通过控制温度和气氛，使金属氧化物发生还原反应，分解成金属和氧气。
这样，原本生成的金属氧化物将被还原为金属，并在金属表面形成一个较薄的、更纯净的层。
氧化扩散退火可以改善金属材料的表面质量和性能，例如提高材料的耐蚀性、抗磨损性和疲劳性能。
此外，该过程还可以改善材料的界面粘合力和电子迁移性能，从而提高材料的导电性和焊接性能。
总之，氧化扩散退火是一种通过控制金属材料表面与氧气的反应和分解，来改善材料性能和表面质量的加工工艺。
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。
第二章扩散
本体原子
杂质原子
不需要自填隙本体原子来推动扩散过程的进行
3、Fair空位模型：
建立在空位扩散机制的基础上
1）“空位电荷"：中性空位俘获电子，使其带负电；中性空位 的邻位原子失去电子，可使空位带正电。 2）空位模型：总扩散率是所有荷电状态的空位的扩散率的加权 总和，加权系数是这些空位存在的概率。 带电空位的数量 总扩散率表达式：
■
硅中杂质的扩散率曲线(低浓度本征扩散)：
■ 中性空位的扩散率：
其中，E0a是中性空位的激活能(eV)；
D00是一个与温度无关的系数，取决于晶格结构和振动频率。(cm2/s)
■
如果必须考虑带电空位的扩散率，则扩散率就是位置的函
数，因而费克第二定律方程必须采用数值方法来求解。
4、费克第二定律的分析解
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
高温下杂质处于离化状态，杂质离子与电子(空穴)同时向低浓 度方向扩散。电子(空穴)扩散速度快，形成空间电荷层，建立 一自建电场，使离子运动形式为扩散+漂移。 有效扩散系数Deff
费克简单扩散方程 1） 第一种边界条件：(预淀积扩散) 在任何大于零的时刻，表面的杂质浓度固定
此时扩散方程的解为： 被称为特征扩散长度(pm)； Cs是固定的表面杂质浓度(/cm3) 预淀积扩散又被称为恒定表面源(浓度)扩散；在实际工艺中， Cs的值一般都是杂质在硅中的高浓度，与温度有关。
2、杂质扩散机制
(3) 空位扩散(vacancy-assisted Diffusion Mechanism)
太阳能电池片扩散工艺
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
清洗
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
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。
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 优点： POCl3液态源扩散方法具有生产效率较高，得 到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，这对 于制作具有大面积结的太阳电池是非常重要的。
POCl3 简介
POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源
20 20 20 20 20
扩散装置示意图
POCl3磷扩散原理
POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5）， 其反应式如下：
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应 式如下：
由上面反应式可以看出，POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分 解是不充分的，生成的PCl5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的 表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进一步分解成P2O5并放出氯气 （Cl2）其反应式如下：
生成的P2O5又进一步与硅作用，生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散 。由此可见，在磷扩散时，为了促使 POCl3充分的分解和避免PCl5对硅片表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时通入 一定流量的氧气 。
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。
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
半导体氧化扩散
半导体氧化扩散是指在一定的温度和压力下，通过氧化剂将半导体材料中的某些元素引入晶格，或者将某些元素替换成氧，形成化合物半导体材料的过程。
该过程是半导体工艺中的重要步骤之一，对于半导体器件的性能和可靠性具有重要影响。
首先，半导体氧化扩散的原理在于氧化剂与半导体材料中的化学元素发生化学反应，生成新的化合物材料。
在反应过程中，氧化剂通过扩散作用渗透到半导体材料中，与其中的元素发生化学反应，形成新的化合物。
该过程需要控制温度、压力、时间等因素，以确保氧化剂能够均匀地渗透到半导体材料中，形成均匀的化合物材料。
其次，半导体氧化扩散过程中的影响因素较多，包括温度、压力、时间、氧化剂浓度、溶液中的杂质等。
其中，温度和压力是影响氧化扩散速率的关键因素。
温度越高，氧化剂与半导体材料之间的扩散速率越快，氧化剂渗透到半导体材料中的速度越快。
而压力则会影响氧化剂在晶格中的扩散方式，较高的压力会促使氧化剂通过晶格间隙进行扩散，从而加快扩散速率。
此外，氧化剂浓度、溶液中的杂质等因素也会对氧化扩散过程产生影响。
再次，半导体氧化扩散的应用广泛。
该过程可以用于制备各种化合物半导体材料，如砷化镓、磷化铟等，这些材料在光电器件、微电子器件等领域具有重要应用价值。
此外，半导体氧化扩散也是半导体器件制造过程中的重要步骤之一，如掺杂工艺、隔离工艺等都需要利用氧化扩散技术。
通过控制氧化扩散过程，可以实现对半导体材料中元素的引入或替换，从而制备出性能各异的半导体器件。
最后，半导体氧化扩散技术的发展趋势是提高扩散的均匀性和控制精度。
随着半导体工艺的不断进步，对氧化扩散技术的要求也越来越高。
为了提高器件的性能和可靠性，需要不断优化氧化扩散工艺参数，提高扩散的均匀性和控制精度。
此外，还需要研究新的氧化剂和制备方法，开发更加环保、高效的半导体工艺技术。
总之，半导体氧化扩散是半导体工艺中的重要步骤之一，对于半导体器件的性能和可靠性具有重要影响。
通过控制相关因素，可以制备出性能各异的半导体器件，并不断提高扩散的均匀性和控制精度，推动半导体工艺技术的发展。
氧化扩散工艺培训-串讲(简)
三
氧化工艺介绍 （Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）
•3.1 氧化膜的性质 •3.2 氧化膜的作用 •3.3 氧化膜的制备 •3.4 影响氧化膜质量的因素 •3.5 氧化工艺质量的监控
3.1 热生长氧化膜的性质
•SiO2结构为无定型（amorphous); •SiO2密度为2.2mg/cm3 ; •较好的电绝缘性 电阻率＞1.0E20ohm-cm 禁带宽度~9eV •较高的介电强度 ＞10MV/cm； •能形成较稳定的Si/SiO2界面；
吸附 解吸
被吸附离子+热
２．４ 硅片清洗的一般顺序
纯水冲洗 纯水冲洗 干燥
去分子型杂质（包括油污） 纯水冲洗 去离子型杂质 去原子型杂质
２．５ 主要的化学清洗液
• • • • APM (NH4OH：H2O2：H2O) HPM (HCL：H2O2：H2O) SPM ( H2SO4：H2O2) 稀HF的漂洗
n
氧化气体中掺入含Cl元素的气体 特点：加快氧化速率，改善氧化层质量。 DCE：C2H2Cl2（二氯乙烯）
3.5 影响氧化膜质量的因素
3.5.1 影响氧化膜厚度的因素 • 氧化温度 • 氧化时间 • 气体流量 • 衬底类型及晶向 (110)>POLY>(111)>(100) • 半导体所含杂质浓度 3.5.2 影响氧化膜均匀性的主要因素 • 排风 • 硅片在炉管内位置 • 气体流量及比例 • 在生长超薄介质膜时氧化方式的选择等
一
设备 氧化 扩散 按工艺分类 清洗 LPCVD 注入 卧式炉 立式炉 按设备分类 清洗机 分类
扩散部设备简表
内容 PAD氧化、场氧化、栅氧化、 POST氧化 推阱、退火、合金 氧化前清洗、漂洗 LP-POLY、 LP-TEOS、 LP-Si3N 4 M1、 M3、 M4、 GSD1、 GSD2 A、 B、 C、 D、 F、 G、 H、 I 8组共 32根 VTR-OX、 VTR-POLY、 VTR-TEOS 共三根 FSI-1、 FSI-2、 FSI-3、 FSI-4、 DNS1、 DNS2等共 6台 M1、M3、 M4, 注入机 ＧＳＤ１、 ＧＳＤ２、 ＧＳＤ３
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，并在其中作缓称为扩As ）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。
为了定量描述杂质扩散速度，引入扩散系数D 这个物理量，D 越大扩散越快。
其表达式为：KT Ee D D ∆-=0（3-3）这里：D 0——当温度为无穷大时，D 的表现值，通常为常数；K ——玻尔兹曼常数，其值为8.023×10-5ev/o K ；T ——绝对温度，单位用“o K ”表示；E ∆——有关扩散过程的激活能，实际上就是杂质原子扩散时所必须克服的某种势垒。
扩散系数除与杂质种类、扩散温度有关，还与扩散气氛、衬底晶向、晶格完整性、衬底材料、本体掺杂浓度N B 及扩散杂质的表面浓度N S 等有关。
五．扩散杂质分布在半导体器件制造中，虽然采用的扩散工艺各有不同，但都可以分为一步法扩散和二步法扩散。
二步法扩散分预沉积和再分布两步。
一步法与二步法中的预沉积属恒定表面源扩散。
而二步法中的再扩散属限定表面源扩散。
由于恒定源和限定源扩散两者的边界和初始条件不同，因而扩散方程有不同的解，杂质在硅中的分布状况也就不同。
1．恒定源扩散在恒定源扩散过程中，硅片的表面与浓度始终不变的杂质（气相或固相）相接触，即在整个扩散过程中硅片的表面浓度N S 保持恒定，故称为恒定源扩散。
恒定源扩散的杂质浓度分布的表达式是：t 三个式中的e Dt x 42-为高斯函数，故这种杂质分布也叫高斯分布。
关于扩散工艺的实习报告
实习报告实习单位：XX科技有限公司实习时间：2023年3月1日至2023年3月31日实习内容：扩散工艺一、实习背景及目的作为一名材料科学与工程专业的学生，我深知实践操作对于理论知识的重要性。
为了更好地将所学知识应用到实际工作中，提高自己的综合素质，我选择了XX科技有限公司进行为期一个月的实习。
本次实习主要涉及扩散工艺的操作和学习，旨在了解扩散工艺的基本原理、流程及应用。
二、实习内容及过程1. 实习前的培训在实习开始前，公司为我们实习生进行了系统的培训，包括安全知识、厂规厂纪、设备操作等方面。
通过培训，我们对公司的基本情况有了初步了解，为接下来的实习打下了基础。
2. 实习过程中的学习与操作（1）扩散工艺的基本原理扩散工艺是一种通过高温加热，使两种不同的金属元素在固态下发生相互渗透，形成合金的过程。
扩散焊接是一种常见的扩散工艺，其原理是通过高温使焊接界面上的原子发生扩散，达到焊接的目的。
（2）扩散工艺的流程扩散工艺的流程主要包括以下几个步骤：① 准备扩散材料：选择合适的金属材料，并进行表面处理，去除氧化层、油污等。
② 装配：将准备好的金属材料进行装配，使焊接界面紧密接触。
③ 高温加热：将装配好的试样放入扩散炉中，加热至高温状态，保持一定时间。
④ 冷却：缓慢冷却至室温，使原子充分扩散。
⑤ 检测：对扩散焊接接头进行宏观和微观检测，评估焊接质量。
（3）扩散工艺的应用扩散工艺在许多领域都有广泛的应用，如航空航天、汽车制造、电子封装等。
特别是在航空航天领域，扩散焊接技术在发动机叶片、涡轮盘等关键部件的制造中起着重要作用。
3. 实习中的困难与解决方法在实习过程中，我遇到了一些困难，如设备操作不熟练、焊接质量不稳定等。
针对这些问题，我通过请教同事、查阅资料、反复实践等方式，逐步掌握了操作技巧，提高了焊接质量。
三、实习收获与反思通过本次实习，我对扩散工艺有了更深入的了解，掌握了基本的操作技能。
同时，实习过程中的困难与挑战，也锻炼了我的解决问题、团队合作的能力。
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
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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。
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。
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
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。
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
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
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。
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。
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。
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。