工艺技术-半导体制造工艺之扩散原理概述(ppt 46页)

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1、上节课主要内容1、掺杂工艺一般分为哪两步？结深？薄层电阻？固溶度？2、两种特殊条件下的费克第二定律的解及其特点？特征扩散长度？预淀积＋退火。预淀积：气固相预淀积扩散或离子注入。Rs：表面为正方形的半导体薄层（结深），在平行电流方向所呈现的电阻，单位为/，反映扩散入硅内部的净杂质总量。固溶度：在平衡条件下，杂质能溶解在硅中而不发生反应形成分凝相的最大浓度。表面浓度恒定，余误差函数分布(erfc)。随时间变化：杂质总量增加，扩散深度增加杂质总量恒定，高斯函数/正态分布(Gaussian)。随时间变化：表面浓度下降，结深增加1如何判

2、断对费克定律应用何种解析解？当表面浓度为固溶度时，意味着该分布是余误差分布当表面浓度较低时，意味着该分布是经过长时间的推进过程，是高斯分布。费克定律解析解的应用本征扩散时，理想边界条件下的解。实际情况需要修正，如：高浓度电场效应杂质分凝点缺陷…2例题：CMOS中的p阱的形成。要求表面浓度Cs=4x1017cm-3，结深xj=3mm。已知衬底浓度为CB=1×1015cm3。设计该工艺过程。离子注入＋退火3假定推进退火获得的结深，则根据该数值为推进扩散的“热预算”。解：1）假设离子注入+推进退火42）推进退火的时间假定在1100C进

3、行推进退火，则扩散系数D=1.5×10-13cm2/s3）所需离子注入的杂质剂量可以推算出该剂量可以很方便地用离子注入实现在非常薄的范围内的杂质预淀积54）假如采用950C热扩散预淀积而非离子注入预淀积时间为此时，B的固溶度为2.5×1020/cm3，扩散系数D=4.2×10-15cm2/s该预淀积为余误差分布，则但是预淀积时间过短，工艺无法实现。应改为离子注入！即使6影响杂质分布的其他因素Fick’sLaws：OnlyvalidfordiffusionunderspecialconditionsSimplification

4、!71、电场效应（Fieldeffect）——非本征扩散电场的产生：由于载流子的迁移率高于杂质离子，二者之间形成内建电场。载流子领先于杂质离子，直到内建电场的漂移流与扩散流达到动态平衡。如果NA、ND＞ni（扩散温度下）时，非本征扩散效应8所以，杂质流由两部分组成：内建电场以n型掺杂为例，9由并假定杂质全部离化，有场助扩散方程：其中h为扩散系数的电场增强因子：当掺杂浓度远大于本征载流子浓度时，h接近2。10电场效应对于低浓度本体杂质分布影响更大112、扩散系数与杂质浓度的关系在杂质浓度很高时，扩散系数不再是常数，而与掺杂浓度相关

5、扩散方程改写为：箱型12p型掺杂n型掺杂Ⅲ、Ⅴ族元素在硅中的扩散运动是建立在杂质与空位相互作用的基础上的，掺入的施主或受主杂质诱导出了大量荷电态空位，从而增强了扩散系数。13非本征掺杂扩散系数比本征掺杂扩散系数高一个数量级！！由于非本征掺杂的扩散系数在掺杂边缘迅速衰减，因而出现边缘陡峭的“箱型”分布。箱型1000C下，非本征扩散系数：14对于B，P来说，在氧化过程中，其扩散系数增加。对Sb来说，扩散系数减小。双扩散机制:杂质可以通过空位和间隙两种方式扩散3、氧化增强/抑制扩散（oxidationenhanced/retarded

6、diffusion）OED/ORD151）OED：对于原子B或P来说，其在硅中的扩散可以通过间隙硅原子进行。氧化时由于体积膨胀，造成大量Si间隙原子注入，增加了B和P的扩散系数（1＋2）Si＋2OI＋2V↔SiO2＋2I＋stressA+IAI162）ORD：对于Sb来说，其在硅中的扩散主要是通过空位进行。氧化注入间隙间隙和空位在硅中复合硅中空位浓度减小Sb的扩散被抑制I+VSis表示晶格上的Si原子As受间隙和空位扩散两种机制控制，氧化时的扩散受影响较小174、发射极推进效应（EmitterPusheffect）实

7、验现象：在P（磷）发射区下的B扩散比旁边的B扩散快，使得基区宽度改变。A＋IAI，由于发射区内大量A(P)I的存在使得反应向左进行，通过掺杂原子A(P)向下扩散并找到晶格位置的同时，释放大量的间隙原子I，产生所谓“间隙原子泵”效应，加快了硼的扩散。PhosphorusBoron18常用杂质硼（B），磷（P），砷（As）在硅中的性质1）硼B:III族元素，受主杂质，1150℃时固溶度达2.4×1020原子/cm3D0=1cm2/sEa=3.46eV高浓度掺杂如考虑场助效应h电场增强因子192）磷Ⅴ族元素，施主原子，有吸收铜、金等快

8、扩散杂质的性质（这些杂质在缺陷处淀积会产生漏电）,固溶度达5×1021原子/㎝3。磷的本征扩散系数主要由中性空位V0作用决定。高浓度磷扩散时浓度分布有三个区域。主要是磷离子与V0，V-，V=三种空位的作用造成的。温度为1000℃时，尾区的扩散系数比