氧化扩散工艺培训-串讲(简)
扩散培训教材
扩散工艺培训第一章 扩散原理简介1.1 什么是扩散？扩散的作用是什么？有哪些机制？扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程。
由于热运动，把原子从一个位置输运到另一个位置，使基体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层的导电类型。
扩散是常规硅太阳电池工艺中，形成PN 结的主要方法。
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。
图 1-1 替位式扩散示意图填隙式扩散机构：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。
图1-2 填隙式扩散示意图 1.2 硅太阳电池主要的扩散杂质源：硅太阳电池所用的主要的扩散杂质源有气态源、液态源、固态源等。
气态源-磷化氢PH3 Si 原子杂质原子杂质原子 Si 原子 晶格空位磷化氢是无色、易燃、有剧毒的气体。
考虑到安全问题没有在硅太阳电池的扩散中被使用。
固态源-五氧化二磷P2O5P2O5为固体，有很强的吸水性，作为杂质源操作在使用和保存时保持一定的状态是不可能的，用来扩散重复性差。
液态源-三氯氧磷POCL3POCl3是目前磷扩散用得较多的一种杂质源，它是无色透明液体，具有刺激性气味。
如果纯度不高则呈红黄色。
其比重为1.67，熔点2℃，沸点107℃，在潮湿空气中发烟。
POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发，高温下蒸汽压很高。
为了保持蒸汽压的稳定，通常是把源瓶放在20℃的恒温箱中。
POCL3有巨毒，换源时应在抽风厨内进行，且不要在尚未倒掉旧源时就用水冲，这样易引起源瓶炸裂。
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：5POCl3 = 3PCl5 + P2O5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：2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P↓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。
扩散原理及工艺培训共24页文档
扩散原理及工艺培训
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
扩散工艺培训课件(74页)
§3.3 扩散杂质的分布
1.恒定表面源扩散 扩散过程中，硅片表面杂质浓度始 终不变这种类型的扩散称为恒定表面源 扩散。
其扩散后杂质浓度分布为余误差函数 分布
2. 有限表面源扩散 扩散散前在硅片表面先淀积一层 杂质，在整个过程中，这层杂质作 为扩散源，不再有新源补充，杂质 总量不再变化。这种类型的扩散称 为有限表面源扩散。 其扩散后杂质浓度分布为高斯函数 分布
氧过量 • 4PCl5 ＋ 5O2 = 2P2O5 ＋10Cl2
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影响扩散参量的因素
• 源POCl3的温度 • 扩散温度和时间 • 气体流量
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§3.7工艺控制和质量检 测
一.工艺控制 二.质量检测
一.工艺控制
• 污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子 污染来源：操作者,清洗过程,高温处理,工具
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• 二、替位式扩散
• 1、替位杂质：占据晶格位置的外来原子。
• 2、替位式扩散：替位杂质从一个晶格位 置到另一个晶格位置上。只有当替位杂质的近
邻晶格上出现空位，替位杂质才能比较容易地 运动到近邻空位上。运动如下图所示。
• 3、替位杂质运动比间隙杂质更困难，首 先要在近邻出现空位，同时还要依靠热涨落获 得大于势垒高度Ws的能量才能实现替位运动。
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7
3 1
5 4
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间隙杂质运动
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• 3、间隙杂质要从一个间隙位置运动到 相邻的间隙位置上，必须要越过一个势 垒，势垒高度Wi一般为0.6~1.2ev。
• 4、间隙杂质只能依靠热涨落才能获得 大于Wi的能量，越过势垒跳到近邻的间 隙位置上。
• •
5温、度跳升跃高率时：PPi指i=数v0e地-w增i/kT加。
扩散工序基础知识培训-爱康
扩散车间产品安全
按照车间要求正确穿戴工作服和劳保用品。 操作人员根据岗位操作要求正确操作。 坚守自己的岗位，不能随意串岗。 从事危险工作时，应按照规定，正确作业，包括
不单独作业、正确穿戴防护服等等。 正确操作设备。按照设备维护要求定期检查和维
护设备。 所有的工作，除了日常维护外，都要有负责人员
执行监管。 保证车间的干净整洁。 保证产出产品的合格检验。
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子解，和生由避成此免的可PCP见l25O对，5硅又在片进磷表一扩面步散的与时腐硅，蚀作为作用了用，促，生使必成PO须SCiO在l32充和通分磷氮的原气分 的同时通入一定流量的氧气 。
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磷扩散原理（过量氧）
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
POCl O 2P O 6Cl
主要操作
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主要操作
扩散后硅片影响电池转换效率的两个参数：少子 寿命：是描述电子空穴复合几率的一个参数；方块电阻： 是硅片的表层（薄层）电阻。 检测：等待硅片冷却后，每炉取出5片检验，他们的位 置应该为石英舟的五个均匀分布点，将测试片按照从炉 尾到炉口的顺序取下来，按顺序一次放入载片盒内，用 作测试方块电阻和少子寿命。（详见《方块电阻测试作 业指导书》和《少子寿命测试作业指导书》 ）
2
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扩散原理
通入氧气的原因
由上一页的反应式可以看出，POCl3热分解时， 如成硅会果的片进没P的一C有表步l5是外面分不来状解易的 态 成分氧。P2解O（但5的并在O2，放有）并出外参且氯来与对气O其2硅（分存有C解在l腐2是的）蚀不 情其作充况反用分下应，的，式破，P：C坏生l5
4PCl 5O 过量O2 2P O 10Cl
湿空气中发烟。 ➢ POCl3很容易发生水解，POCl3极易挥发。
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。
扩散工序培训教程
• 2、硅片的装卸应该在1000级的洁净环境中进行， 注意保持室内及操作台洁净度，进出时随手关门， 非本岗位工作人员，未经允许不得进入扩散间。 • 3、操作时务必小心，不可损伤或者沾污硅片。 • 4、扩散过程中会产生有害气体，要保证良好的通 风。 • 5、更换源瓶须专人负责，严格执行源瓶操作规程， 未经过严格培训者不能更换。对源瓶及源温控制 器必须定期检查，并在交接班时填写源瓶及STC （源温控制器）使用记录。源液面高于源瓶的进 气管下口不足5毫米时（源瓶水平放置）必须更换 源瓶。
• 悬桨上,依次相邻放入剩下的石英舟, 石英舟之间 不要留有缝隙。 • 注意事项:不同规格的硅片不能同时放在同一个炉 管内。 • 3、工艺循环 • 点击开始按钮, 设备自动进舟，按照设定工艺程序 进行工艺循环，直至全过程结束。 • 注意事项:工艺过程中应循环检查设备运行情况， 气体流量、加热温度等参数。工艺运行过程中不 得跳步。 • 4、手动卸舟 • 工艺循环结束后，设备自动出舟； • 平端石英舟从悬臂上将其取下，放于不锈钢桌子 上，开始下一循：安全知识
• POCl3泄露紧急预案 • 一、健康危害 • 1、健康危害：吸入或食用。对眼睛、呼吸道粘 膜有刺激作用，可引起眼和皮肤灼伤。严重病例 有窒息感、紫绀、肺水肿、心力衰竭，亦可发生 肝肿大、蛋白尿、贫血及中性粒细胞增多。 • 2、危险特性：遇水猛烈分解，产生大量的热和 浓烟，甚至爆炸。具有较强的腐蚀性。 • 3、燃烧(分解)产物：氯化氢、氧化磷、磷烷。 • 4、环境标准:空气中有害物质的最高容许浓度 0.05mg/m3
• 7.4工装工具准备 • 备齐用于工艺生产的石英舟、取舟把手、隔热手 套、手套等。 • 7.5确认设定的扩散工艺程序。 • 三.工艺操作： • 1、手动装片 • 戴好清洁橡胶手套后双手平端硅片两侧,将合格的 硅片依次平稳插入石英舟卡槽内。 • 注意事项:操作时务必轻拿轻放，以防止硅片产生 裂纹和碎裂, 并保证手不要接触硅片的两个表面, 防止沾污。 • 2、手动装舟 • 平端石英舟将其慢慢平稳地放在距
扩散工艺培训以及常见异常分析处理20151122
1.3 扩散方式
替位式扩散
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。
杂质原子 Si原子
晶格空位
1.3 扩散方式
填隙式扩散 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
原因
1.炉门没关紧，有源被抽风抽走。
2.携带气体大氮量太小，不能将源带到管前。 3.管口抽风太大。 偏高。1.扩散温度偏低。 2.源量不够，不能足够掺杂。 3.源温较低于设置20度。 4.石英管饱和不够。 偏低。 1.扩散温度偏高。
2.源温较高于20度。
扩散温度不均匀
扩散气流不均匀，单片上源沉积不均匀。
1.1 扩散的基本概念
扩散系统：
扩散物质、扩散介质
扩散的概念：
当物质内有梯度（化学位、浓度、应力梯度 等）存在时，由于物质的热运动而导致质点的定 向迁移过程。
扩散是一种传质过程 扩散的本质是质点的热运动
1.2 扩散的基本特点
不同物态下质点的迁移方式 气（液）体中： 对流、扩散
固体中 ：扩散
注：对流（convection）：流体各部分之间发生相对位移，依靠冷热流体互相 掺混和移动所引起的热量传递方式。
液态磷源扩散工艺
1.5 PN结的形成
扩散原理及工艺培训
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金属材料发射的光电子数和照射发光强度成正比。 仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发 出光电子，这个频率叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应 的波长λ。 太阳电池的工作过程 吸收光子，产生电子空穴对 电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势 将PN结用导线连接，形成电流 在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换
掺杂浓度远大于本征半导体中载 流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多 流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多 8 数载流子（多子），空穴称为少数载流子 少子）。 ），空穴称为少数载流子（ 数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼， 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼，晶体点阵中的某 些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子， 些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的 空穴
为了同时满足表面浓度、杂质数量和结深等方面 的要求，实际生产中采用的扩散方法是上述的两 步扩散，其中第一步成为预扩或预淀积；第二步 成为主扩或再分布。 有两步扩散机理可以看出，扩散的速度和两个因 素有关。 首先，与和载气的速度有关。扩散到硅中的杂质 是由二氧化硅中的杂质得到，所以扩散到二氧化 硅中的杂质越快，扩散到硅中的速度也就越快； 其次，与二氧化硅的厚度有关。不难看出，二氧 化硅越厚，杂质进行疏运的路程越长，扩散的速 度越慢。相反，二氧化硅厚度越薄，扩散的速度 就越快。
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扩散控制
扩散可以通过时间、温度和浓度进行控制。 1、 刚开始进管的温度---进管时硅片热胀，温度变化过快，容易造成裂纹，温度越高 越容易造成裂纹。 2 、进管结束的温度---进管结束后我们要开始通各种气体，特别是 通源 POCL3的分 解温度>650度，所以在通源前要保证扩散管里的实际温度超过700度，确保 POCL3能够充分的分解，并且确保在规定的时间内达到扩散温度，否则整个扩散 工艺的时间就会超过产能的要求。 3 、沉积的温度---沉积的温度一般都是从低到高变化，特别注意沉积结束时的温度不 能太低，否则升温到扩散的温度就需要更多的时间 4 、扩散的温度---扩散的温度与表面的掺杂的磷的浓度有直接的关系，并且体内的杂 质的沉积会随着温度的变化而变化，温度设定不能太高。 5 、退管前的温度---硅片在降温过程中也容易造成碎片 拉恒温 面板上面的设定温度与实际温度都是扩散炉内温度测试，只是起到控制与保护的 作用，真正可以看出实际温度的是我们热电偶测试的温度值。为了减少通过后面 热电偶测试的麻烦，所以我们一般都通过拉恒温将面板上的温度与热电偶测试的 温度对应起来，又由于工作温度是的温度最重要，所以拉恒温时的温度一般都选 定在扩散的温度。且拉恒温时将面板设定的温度设定成一致，减少不同温区间的 相互影响。拉恒温结束后要将原来工艺号上的温度进行更改并且跟踪方块电阻的 变化。一般情况下1个月要对温度进行校准。
扩散工序培训
在有氧气的存在时，POCl3热分解的反应式为：
POCl 3 O2 2P2O5 6Cl 2
2.6 扩散工艺流程
净化存储柜
TCA
传递窗
刻蚀
净化操作台
传递窗
装/卸片
测试
TCA （C2H3Cl3）清洗 → 饱和 → 装片 → 送片 → 回温 → 扩散 → 关源、 退舟→ 卸片 → 方块电阻测量
➢ 不均匀度=(R□max-Rmin)\ (R□max+Rmin) ×100%
5.2.2 检验原理ⅰ
方块电阻：扩散层的薄层电阻也称方块电阻，常 用Rs或R口表示。所谓薄层电阻，就是表面为正 方形的半导体薄层在电流方向上所呈现的电阻。
➢ 金属导体的电阻公式 R=ρl /s，与之类似， 薄层电阻的大小为： Rs=ρl / at，如右图： 当l=a即为一个方块时：
➢半导体掺杂
➢掺杂的途径有扩散和离子注入。
➢扩散机制：
杂质原子Biblioteka 填隙型杂质 替位型杂质填隙扩散 空位扩散
填隙扩散
空位扩散
1.2.2杂质半导体ⅱ 在本征半导体硅（以硅为例）中掺入三价元 素硼
（B），就形成P型半导体。（多子、少子）
Si
Si
Si
B
Si
B
Si
Si
多余空穴容易移动
1.2.2杂质半导体ⅲ
在本征半导体硅（以硅为例）中掺入五价元素磷 （P），就形成N型半导体。
1. 调整测试电流： 10mA使，“将R待□”测、量“的I”、硅“片E取X出C放H.在1”测显试示台灯上亮（，扩将散电面流向档上位）0.，1m按A下调降至按钮， 使针头平压在硅片上（四针平齐），校准电流，调整电流值为4.530mA。 （根据硅片尺寸规格进行调整）。
扩散课工艺培训培训内容word
扩散课工艺培训培训内容扩散部设备介绍氧化工艺介绍扩散工艺介绍合金工艺介绍氧化层电荷介绍LPCVD 工艺介绍扩散部设备介绍卧式炉管立式炉管炉管工艺和应用（加）氧化工艺-1 氧化膜的作用选择扩散和选择注入。
阻挡住不需扩散或注入的区域，使离子不能进入。
氧化工艺-2 氧化膜的作用缓冲介质层二次氧化等，缓冲氮化硅应力或减少注入损伤氧化工艺-3 氧化膜的作用器件结构的一部分：如栅（Gate ）氧化层，非常关键的项目，质量要求非常高；电容极板之间的介质，对电容的大小有较大影响氧化工艺-4 氧化膜的作用隔离介质：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。
氧化工艺-5 氧化方法干氧氧化SI+O 2==SIO 2结构致密，均匀性、重复性好，掩蔽能力强，对光刻胶的粘附性较好，但生长速率较慢，一般用于高质量的氧化，如栅氧化等；厚层氧化时用作起始和终止氧化；薄层缓冲氧化也使用此法。
水汽氧化2H 2O+SI==SIO 2+2H 2 生长速率快，但结构疏松，掩蔽能力差，氧化层有较多缺陷。
对光刻胶的粘附性较差。
氧化工艺-6 氧化方法湿氧氧化（反应气体：O2+H 2O）H2O+SI==SIO 2+2H 2SI+O 2==SIO 2 生长速率介于干氧氧化和水汽氧化之间；H2O 的由H2 和O2 的反应得到；并通过H2 和O2 的流量比例来调节氧化速率，但比例不可超过1.88 以保安全；对杂质掩蔽能力以及均匀性均能满足工艺要求；多使用在厚层氧化中。
HCL 氧化（氧化气体中掺入HCL ）加入HCL 后，氧化速率有了提高，并且氧化层的质量也大有改善。
目前栅氧化基本采用O2+HCL 方法。
氧化工艺-7 影响氧化速率的因素硅片晶向氧化速率(110)>POLY>(111)>(100)掺杂杂质浓度杂质增强氧化，氧化速率发生较大变化如N+ 退火氧化( N+DRIVE1 )：衬底氧化厚度：750AN+ 掺杂区氧化厚1450A 氧化工艺-8 热氧化过程中的硅片表面度：生长 1um 的SiO 2，要消耗掉 0.46um 的Si。
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
扩散工艺培训
扩散原理
扩散层的质量
扩散层质量的要求，主要体现在扩散的深度（结深），扩散层的表面杂质浓 度等方面。
结深：在硅片中掺入不同导电类型的杂质时，在距离硅片表面xj的地方，
掺入的杂质浓度与硅片的本体杂质浓度相等，即在这一位置形成了pn结。 xj称为结深。 表面浓度：做完扩散后在硅片表面的扩散层中的杂质含量。 反 映 着 两 个 参 数 的 量 就 是 我 们 超 净 间 测 量 的 方 块 电 阻 （ Rs Sheet Resistance) ohm/square，方块电阻的大小由掺杂浓度和结深决定，即由掺 杂杂质总量决定。一般薄层方块电阻的测量采用四探针电阻测试仪。
2013-8-2
SRPV
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扩散原理
PN结的特性 PN结的反向截止性 当P-N结反向连接时，P-N结呈现很大的电阻， 通过P-N结中的电流很小。这是由于外加电池 在P-N结中所产生的电场方向用P-N结自建电 场方向相同。电场变强，空间电荷区变厚， 阻止电子和空穴流通，从而电流很难流过。 这就是反方向连接的电流很小的原因。
2013-8-2 SRPV 9
扩散原理
扩散 扩散是一种高温制程，是常规硅太阳电池工艺中，形成PN结的主要方法。 扩散是一种由热运动所引起的杂质原子和基体原子的输运过程，将掺杂杂 质沉积到硅片表面，由于热运动，原子从一个位置运动到另一个位置，基 体原子与杂质原子不断地相互混合，从而改变基片表面层杂质掺杂。 在以硅为底材的半导体制程中,主要有两种不同形扩散的目的在于控制PN结的性能，半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、 深度。
2013-8-2
SRPV
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扩散原理
影响氧化的因素 衬底掺杂杂质浓度：杂质会增强氧化速率； 压力影响：压力增大，氧化速率增大；
氧化工艺技术作业人员培训
氧化工艺技术作业人员培训氧化工艺技术是一种广泛应用于化工工业生产中的技术，它涉及到多个环节和步骤，需要经过专业的培训才能掌握。
在氧化工艺技术作业人员培训过程中，需要关注以下几个方面。
首先，培训人员需要了解氧化工艺技术的基本原理和流程。
这包括氧化反应的类型、反应条件的选择、反应物料的准备和处理等内容。
只有对氧化工艺技术的基本原理和流程有全面的了解，才能够在实际操作中进行正确的判断和决策。
其次，培训人员需要熟悉氧化工艺技术操作设备的使用和维护。
在氧化工艺技术中，常用的操作设备包括反应釜、冷却器、加热器、分离器等。
培训人员需要了解这些设备的结构和工作原理，以及如何正确使用和维护这些设备。
同时，还需要了解设备的安全操作规程，包括设备的启动和停止方法、急停和紧急事故处理等。
第三，培训人员需要学习氧化工艺技术中的安全措施和事故应对方法。
在氧化工艺技术作业中，由于涉及到高温、高压、易燃等特点，安全风险相对较高。
因此，培训人员需要掌握安全操作规程，了解安全风险点和高危操作，并且学习相应的安全措施和事故应对方法，以确保工作安全。
最后，培训人员还需要熟悉氧化工艺技术的质量要求和控制方法。
在氧化工艺技术中，产品的质量对于工业生产的效益和安全性至关重要。
培训人员需要学习产品的质量要求，了解质量控制方法和仪器设备的使用，掌握分析测试和数据处理的技巧，以提高产品的质量和稳定性。
综上所述，氧化工艺技术作业人员的培训内容需要包括基本原理和流程、操作设备的使用和维护、安全措施和事故应对方法以及质量要求和控制方法等方面。
只有通过系统的培训，培养出具备综合能力和专业素质的作业人员，才能保证氧化工艺技术的顺利进行。
扩散培训讲义
Chint Solar Confidential
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高温氧化/扩散系统的设备简介
•气路（其他管相同）
Chint Solar Confidential
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高温氧化/扩散系统的设备简介
2 4PCl 5O 2P O 10Cl
5 2 2 5 2
过量O
•
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 。
Chint Solar Confidential
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高温氧化/扩散系统的安装条件
• 工作条件要求 供电：3Ф＋零线+地线，50HZ；单台(4管)总功率≤140KVA。 供水：3／4“管供自来水，水压0.1～0.3MPa，冷却用；去离子水，清洗 及工艺用。 供气：N2、O2 、压缩空气，进气压力0.3～0.6Mpa，工艺气体（POCL3) 纯度99.99% 。 气源柜、废气室、净化台顶部均应接入排毒、排气管道。
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高温氧化/扩散系统的工艺原理
• 扩散的工艺原理
• 制造PN结原理：实质上就是想办法使受主杂质(P型)，在半导体晶体内的 一个区域中占优势，而使施主杂质(N型)在半导体内的另外一个区域中占优 势，这样就在一块完整的半导体晶体中实现了P型和N型半导体的接触，而 此时半导体晶体内部就形成PN结。
• 利用磷原子(N型) 向晶硅片(P型)内部扩散的方法，改变晶硅片表面层的导 电类型，从而形成PN结。这就是用POCl3液态源扩散法制造P-N结的基本 原理。
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。
《扩散工艺培训》课件
液体扩散
液体扩散是指溶质在溶剂中的扩 散过程，如电解液中的离子传导。
固体扩散
固体扩散是指在固体材料中，原 子间或离子间的扩散过程。
4. 扩散工艺装置
扩散炉
扩散炉是用于加热和控制扩散过程 的设备，通常具有高温和气氛控制 功能。
扩散室
扩散室是承载扩散过程的空间，提 供所需的温度和气氛环境。
扩散蒸发器
扩散蒸发器是将溶质蒸发到气相并 扩散到材料表面的设备。
工艺的效果和可靠性。
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扩散参数的优化
通过调节温度、压力和时间等参数，可以优 化扩散过程的效率和质量。
扩散工艺中的问题与应对措施
在扩散工艺中可能出现问题，需要及时采取 应对措施，如控制扩散剂的浓度和处理基底 表面。
7. 扩散工艺的未来发展
扩散工艺在半导体工业中的应用
扩散工艺在半导体集成电路制造中发挥着重要作用，提供可靠的材料改性和器件制备。
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扩散工艺是一种在半导体制造中广泛使用的重要工艺，它涉及物质扩散的原 理、应用领域以及工艺控制与优化等方面。
1. 介绍
什么是扩散工艺？
扩散工艺是一种通过控制物质分子或离子的扩散来改变材料表面或体内组分的工艺。
扩散工艺的应用领域
扩散工艺在半导体制造、材料改性和表面处理等领域有着广泛的应用。
2. 基础知识
1 扩散原理
扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域传递的过程，它遵循浓度梯度的方向。
2 扩散过程中的物质传递
扩散过程中，物质可以通过晶格空位、空气中的空穴、表面等进行传递。
3 扩散速率的计算方法
扩散速率可以通过扩散系数、浓度差和距离等参数来计算。
3. 扩散工艺的分类
扩散工艺培训
扩散⼯艺培训扩散⼯艺培训⼀、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d R= 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）。
这个⽐例系数表⽰：叫做⽅块电阻，⽤R□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。
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方块电阻（薄膜电阻）
在扩散薄层上取一任意边长的正方 形，该正方形沿电流方向所呈现的 电阻，叫方块电阻。
方块电阻的检测
利用图中所示电路，将电流表所示电流控制在3毫安以内， 读出电压表所示电压，利用下式计算：
RS
CV I
式中常数C是由被测样品的长度L、宽度a、厚度d，以及
探针间距S来确定，常数C可由表查出。
3. 激活：使温度稍微升高，此过程激活了杂质 原子。
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杂质移动
杂质只有在成为硅晶格结构的一部分（即被 激活）后，才可以作为施主和受主。如果杂 质占据间隙位置，它就没有被激活，不会起 到杂质的作用。
加热能使杂质移动到正常的晶格上，被称为 晶格激活。激活发生在高温下，是扩散的一 部分。对于离子注入来说，晶格激活在退火 阶段完成。
目的是为了控制杂质总量；预淀积现在普遍被离 子注入代替。
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2. 推进：高温过程，使淀积的杂质穿过晶体，在 硅片中形成期望的结深。
此阶段并不向硅片中增加杂质，但是高温下形成的 氧化层会影响推进过程中杂质的扩散，这种由硅表 面氧化引起的杂质浓度改变成为再分布。
目的是为了控制表面浓度和扩散深度。
C(x, t) Cserfc[ 2
x] Dt
erfc--余误差函数
Dt --扩散长度
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图为余误差函数分布
扩散的时间越长杂质扩散的 越深
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有限源扩散
t＝0时的初始条件C（x，0）＝0，边界条件是：说明表面浓度恒定，不
再有新元补充
0 C(x, t)dx S
C(, t) 0
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5.5 Polysilicon
•Reaction SiH4
270mT 600-700℃
Si+2H2
• Deposition condition
– 温度： 620C – 压力：270mt – 气体流量： SiH4: 40sccm, 48sccm, and 60sccm
二 化学清洗（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｌｅａｎｉｎｇ）
•２．１ 化学清洗的重要性
半导体对杂质极为敏感，百万分之一甚至十 亿分之一的微量杂质，就对半导体的物理性质产 生影响，微量的有害杂质可由各种随机的原因进 入器件，从而破坏半导体器件的正常性能 为了清除随机污染，建立了特殊的半导体工 艺--清洗工艺。
3.6 氧化工艺质量的监控
• 氧化膜表面状态----目检，聚光灯和显微镜等。 • 氧化膜厚度----光学检测法（比色法，膜厚测试仪， 椭圆仪，C-V法等）。 • 氧化膜电荷含量----C-V测试法（测试氧化 膜Qm， Qox，Qot，Dit等）。 • 氧化膜少子寿命----SCA表面电荷分析法等。 • 氧化膜击穿---QBD和BV测试等。 • 氧化膜针孔-----选择腐蚀法或染色法等。 • 氧化膜层错-----Wright腐蚀液法等。 • 氧化膜应力----X射线和电子衍射技术等。 • 氧化膜折射率----膜厚仪等。
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
5.1 The Advantage of LPCVD
• • • • • 具有较好的台阶覆盖能力 能精确控制淀积膜的化学组分和结构 低温工艺 淀积速率快 产能较大
5.3 The Application of LPCVD
• Polycrystalline silicon (polysilicon)
– 做为MOS器件的栅电极材料 – 做为多层布线的导电材料
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
２．３ 清洗的基本原理
硅片表面被吸附的杂质粒子在其平衡位置附近不停地 振动着。其中有些杂质粒子由于获得较大的动能而脱离硅 片表面，重新回到周围的介质（例如：空气）中去，称为 “ 解吸” 。同时，介质中的另一些离子又会在硅片表面上重 新被吸附。一般来说，吸附和解吸处于一种平衡的状态。 对于硅片表面而言，吸附是放热过程，解吸是吸热过 程。因此清洗的实质在于以不同手段提供杂质粒子解吸所 需的能量。 自由离子
4.5 影响扩散质量的因素
• 工艺温度 关键因素，决定了杂质扩散系数的大小， 对工艺的影响最大。 • 扩散时间 一般不易偏差，取决于时钟的精确度。 • 排风 &气体 排风：对片内和片间均匀性会有影响， 气体：气体流量的改变会影响膜厚，从而使 表面浓度产生变化，直接影响器件的电参数。
4.6 扩散工艺控制
n
MOS场效应晶体管的绝缘栅、电容介质 作为器件结构的一部分。 如栅氧化层（Gate -oxide） ，其质量要求非常高； 电容极板之间的介质，对电容的大小有较大影响 。
Poly SiO2
P-Well N-Well Si(P)
3.3.4 氧化膜的作用（4）-隔离介质
n集成电路的隔离介质：
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
一般工艺流程：
装片——进舟——对反应室抽真空——检查设备是 否正常——充Ｎ２吹扫并升温——再抽真空——保持压力 稳定后开始淀积——关闭所有工艺气体，重新抽真空—— 回冲Ｎ２到常压——出炉。
• 反应压力: 200~400mt • 反应温度: 600~800℃ • 反应气体:
Silane (SiH4), Dichlorosilane (SiCl2H2), Ammonia (NH3), Tetraethoxysilane (TEOS), etc.
Si3 N4
SiO2
P-Well N-Well Si(P)
3.4 氧化膜的制备 • 干氧氧化 • 水汽氧化 • 湿氧氧化 • 掺氯氧化 • 高压氧化等
3.4.1氧化方法-干氧氧化
Si+O2 SiO2 特性：结构致密，均匀性、重复性好，掩蔽能力强， 对光刻胶的粘附性较好，但生长速率较慢；
3.3.2 氧化方法-水汽氧化
氧化扩散工艺培训
扩散部 张辉然
培训内容
n
一
n n n n n
二 三 四 五 六
扩散部设备简介 （Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ） 化学清洗简介 （Ｃｌｅａｎｉｎｇ） 氧化工艺介绍 （Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ） 扩散工艺介绍 （ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ） 化学气相淀积 （ＬＰＣＶＤ） Ｃ－Ｖ测试简洁 （Ｃ－Ｖ Ｔｅｓｔ）
• Silicon nitride (Si3N 4)
– 做为氧化膜生长的掩膜层 – 良好的电绝缘材料
• Silicon dioxide (TEOS)
– LDD结构的Spacer材料 – 钝化介质层
5.4 Process Control
•Factors (内在)
–温度 –反应气体的质量和纯度 –反应时间 –反应压力
2H2O+SI SIO 2+2H 2 特性：生长速率快，但结构疏松，掩蔽能力差，氧 化层有较多缺陷。对光刻胶的粘附性较差。
3.4.3 氧化方法-湿氧氧化
n
氢氧合成法（通入气体：O2 +H2） 2H2+O2 2H2O+Si Si+O2
2H2O
SiO2+2H 2 SiO2
3.3.4 氧化方法-掺氯氧化
推阱Drive-in) /退火 (Anneal)/磷掺杂 (P-Doping)/ 合金 (Alloy)
4.4 扩散工艺主要参数
• 扩散结深 在离子注入条件确定后，主要由工艺温度和时间所 决定。 • 杂质表面浓度&方块电阻 注入能量和剂量一定后,表面浓度和方块电阻主要受 制于扩散温度，扩散时间及扩散气氛等因素决定。 • 剖面杂质浓度分布 反映杂质经扩散过程的浓度分布情况，可通过扩展 电阻测试方法（ＳＲＰ）加以分析。 • 膜厚（如推阱） 主要为光刻对位提供方便,同时影响园片的表面浓度， 过厚或过薄均会影响N或P管的开启电压。
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
3.2 热氧化膜生长示图
热氧化会使硅片表面位置发生变化
SiO2表面 54% 46%
原始硅表面 Si-SiO 2界面
一般生长１ｕｍ厚的ＳｉＯ２，要消耗掉０．４６ｕｍ厚的Ｓｉ
3.3 氧化膜的作用
掩蔽层 缓冲层 绝缘栅和电容介质 隔离介质 钝化介质等
3.3.1 氧化膜的作用（1）-掩蔽层
杂质选择扩散和选择注入的掩蔽膜
•扩散炉管洁净度的定期检测-----C-V测试 •炉管定期在含氯气氛下吹扫-----DCE purge •拉恒温区控制温度 •炉管颗粒QC检测 •炉管，桨，舟，假片等的定期清洗 •排风检查 •电阻值及其均匀性 QC
五 低压化学气相淀积(LPCVD)
• LPCVD 表示 Low-Pressure Chemical Vapor Deposition 化学气相沉积法定义为化学气相反应物，经由化学 反应，在基板表面形成一非挥发性的固态薄膜。这是最 常在半导体制程中使用的技术。
３．７
工艺监控要点
•氧化膜表面颜色一致性 •氧化膜厚度（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ） •膜厚均匀性 •氧化膜腐蚀速率及其均匀性和重复性 •氧化膜表面缺陷和颗粒等
四 扩散工艺介绍
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 的不足等局限性日益突出。
离子注入掺杂
优点：掺杂温度低，能够很好的控制横向扩散，掺杂均匀性好，掺 杂深度容 易控制，掺杂剂量容易控制，能实现浅结掺杂，注入不受 固溶度限制。 缺点： 对晶格的损伤大，注入后须退火消除损伤，容易形成沟道效 应，设备昂贵。
原位掺杂法（Ｉｎ－ｓｕｉｔ ｄｏｐｉｎｇ）
优点：能够实现均匀掺杂，节省工艺步骤，缩短工艺制程，对氧化 层的击穿有不同程度的提高。 缺点：使相邻的器件开启电压变化，非晶硅经过热处理后结构发生 变化，使测量不准确，反应过程较难控制。
Deposition rate Refractive index Deposion temp Pressure ~50A/min ＞30A/min ~70A/min 1.44+/-0.05 2.0+/-0.05 １．４６ 620℃ 780℃ 715C 270mT 375mT 310mT