第三章 扩散

3.4 wk.baidu.com响杂质分布的其他因素

横向扩散的影响 ①横向穿通效应； ②影响结电容。
3.5 扩散工艺

按扩散系统：开管、闭管、箱法； 按杂质源：固态，液态，气态；
：
3.5 扩散工艺
3.5.1 固态源扩散 组成：主要是掺杂元素的氧化物，如B2O3、P2O5、BN 形态：片状、粉状、乳胶状、薄膜（掺杂的多晶硅） 扩散方式： ①开管: 片状和粉状，与Si平分开，不接触。 ②箱法：杂质源和Si片放在有盖的石英箱里。 特点：恒定表面源扩散，即NS=NSi；兼有开管和闭管的优 点。 ③涂源法：将掺有扩散杂质的乳胶源旋涂在Si片上。 特点：适于各种扩散杂质。 ④薄膜法：用CVD方法先在Si片上淀积一层含扩散杂质的薄 膜，如SiO2、Poly-Si、Si3N4。 特点：工艺灵活。
3.4 影响杂质分布的其他因素
3.4.3 氧化增强扩散（OED）

实验结果：P、B、As等在氧化气氛中的扩散增强。
3.4 影响杂质分布的其他因素
3.4.3 氧化增强扩散（OED）



氧化增强机理——存在替位-间隙交替的双扩散： 在氧化过程中， Si-SiO2 界面产生的大量间隙 Si 与 替位 B、 P 等相互作用，使替位 B、 P 变为间隙 B、 P； 间隙B、P在近邻晶格有空位时以替位方式扩散，无空 位时以间隙方式扩散；B、P的间隙扩散作用更强； 因此，其扩散速度比单纯替位方式快。 Sb的氧化扩散是减弱的：Sb是替位扩散为主，间隙Si 与空位复合，减小了空位浓度。 As氧化增强低于B、P：替位-间隙两种扩散作用相 当。
散温度（炉温）是搞好扩散工艺的关键之一。
3.5 扩散工艺
电炉 石英管
硅晶片
排气口 电炉
N2
液态杂质源
O2
3.6 扩散工艺的发展

自学
3.7 扩散层的质量参数
包括：结深xJ ，方块电阻R□(RS) ，表面浓度 NS, 击穿电压BV等。
①结深xj 定义：pn结的几何位置与扩散层表面的距离。 对erfc分布和高斯分布，其结深近似有相同的表达 式：

图3.13 硅中空位的能带图
3.4 影响杂质分布的其他因素
3.4.2 扩散系数与杂质浓度的关系
实验证明： ① 当N<ni,D与N无关，称为本征扩散系数（Di）； ② 当N>ni,D与N有关，称为非本证扩散系数（De）。 扩散系数与空位浓度成正比 空位浓度与掺杂浓度的关系： ①V0与N无关 ；②高掺杂施主可使V-和V-2浓度增加； ③高掺杂受主可使V+浓度增加。 各种空位以不同方式与离化的掺杂原子相互作用，从 而具有不同的ΔE(激活能)和D。
3.5 扩散工艺
2. P掺杂源 ①固态：粉状P2O5；陶瓷片 P3N5、Si· P2O7+Al（PO3）3 P3N5 +O2→ P2O5+N2 P2O5+Si →P+SiO2； P2O5+SiO2 →PSG（磷硅玻璃） ②液态：POCl3、PCl5、PBr3、P（CH3O）3。 高温（> 600℃）下，POCl3 → P2O5+PCl5 PCl5 +O2→ P2O5+Cl2 P2O5的性质：白色粉末，熔点420 ℃，300 ℃升华， 吸水性强。

3.4 影响杂质分布的其他因素

总的扩散系数
①低掺杂（本征扩散系数） Di= Di0+ Di++ Di-+ Di2②高掺杂（非本征扩散系数） De= Di0+ Di+(p/ni)+ Di-(n/ni)+ Di2-(n/ni)2 ni-本征载流子浓度；p-空穴浓度；n-电子浓度
引自李乃平《微电子器件工艺》
x j A Dt
3.7 扩散层的质量参数
影响xj的工艺因素： 1、扩散温度T 扩散系数D对结深的影响就体现在扩散温度T的影响 上，对替位式扩散来说（制结的掺杂扩散是替位扩 散），D＝D0e-ΔE/kT，则

x j D e E / 2 kT
可见，温度对结深的影响是很大的。精确地控制扩
3.5 扩散工艺
3.5.2 液态源扩散 掺杂源：液态化合物，如POCl3、PCl3、AsCl3等。 方法：通过携带气体（N2）进入扩散炉； 特点：掺杂量控制精确，均匀性、重复性好。 3.5.3 气态源扩散 掺杂源：气态化合物，如PH3、AsH3、B2H6、BCl等； 毒性较大，需用N2、Ar2稀释到1%-2%。 特点：相比液态源扩散，操作更方便。
B、P的扩散系数与晶向、气氛的关系
3.4 影响杂质分布的其他因素
3.4.4 发射区推进（陷落）效应 实验现象：NPN 管的工艺中，发射区下方的内基区B 的扩散深度大于发射区(P扩散形成)外的基区扩散深 度。 推进（陷落）机理： ① P+ + V-2 → P+V-2 P+V-2 → P+ + V- + e 大量过饱和V-扩散相当远，深入基区，增强了B 的扩散速度； ② P+V-2的分解导致大量的间隙Si，也增强了B扩散。
npn晶体管硼和磷分布的计算结果与实测结果
3.4 影响杂质分布的其他因素
3.4.5 二维扩散（横向扩散）
实际扩散：杂质在垂直Si表面扩散的同时，也进行平 行Si表面的横向扩散。 横向扩散深度: ①当硅内的浓度比Ns小两 个数量级，为纵向扩散的 75%-85%。 ②高浓度掺杂，则为 纵向扩散的65%- 70%。
3.5 扩散工艺
3.5.4 杂质源 1. B掺杂源 固态：粉状B2O3 、BN；陶瓷片BN、 B2O3+SiO2+Al2O3

BN+O2→ B2O3+N2 B2O3+Si →B+SiO2 B2O3+SiO2 →BSG（硼硅玻璃） B2O3的性质：无色粉末、熔点577℃，沸点1860℃， 能溶于酸和醇。
第三章 扩散
3.4 影响杂质分布的其他因素
3.4.1 硅中的点缺陷
缺陷：任何对周期晶格形成扰动都称为“缺陷”。 ①面缺陷：层错、多晶的晶粒间界等； ②线缺陷：位错等； ③点缺陷：杂质原子产生的缺陷，如空位、间隙、间隙 原子团。 空位缺陷：晶格上缺失一个 Si原子。主要包括4种： ①中性空位V0 ②带一个负电荷的空位V- ③带两个负电 荷的空位V-2 ④带一个正电荷的空位V+