chap3 扩散工艺3.1,3.2.ppt

《chap3 扩散工艺3.1,3.2.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、Chap3扩散工艺Difussion§3.1杂质扩散机构§3.2扩散原理（扩散系数扩散方程）§3.3扩散杂质的分布§3.4影响杂质分布的其他因素§3.5扩散工艺§3.6扩散工艺的发展（自学）§3.7工艺控制和质量监测（补充）2021/9/7掺杂技术就是将所需要的杂质，以一定的方式（合金、扩散或离子注入等）加入到硅片内部，并使其在硅片中的数量和浓度分布符合预定的要求。利用掺杂技术，可以制作P-N结、欧姆接触区、IC中的电阻、硅栅和硅互连线等等。2021/9/7掺杂（doping）：将一定数量和一定种类的杂质掺入硅中，并获得精确的杂质分布形状（dopingprofile

2、）。MOSFET：阱、栅、源/漏、沟道等BJT：基极、发射极、集电极等掺杂应用：BECppn+n-p+p+n+n+BJTpwellNMOS2021/9/7基本概念结深xj（JunctionDepth）薄层电阻Rs（SheetResistance）杂质固溶度（Solubility)2021/9/71、结深的定义xj:当x=xj处Cx（扩散杂质浓度）=CB（本体浓度）器件等比例缩小k倍，等电场要求xj同时缩小k倍同时要求xj增大在现代COMS技术中，采用浅结和高掺杂来同时满足两方面的要求2021/9/72、薄层电阻RS（sheetresistance）方块电阻tlw薄层

3、电阻定义为2021/9/7方块时，l＝w，R＝RS。所以，只要知道了某个掺杂区域的方块电阻，就知道了整个掺杂区域的电阻值。RS：表面为正方形的半导体薄层，在电流方向呈现的电阻。单位为/（既）RS：正方形边长无关其重要性：薄层电阻的大小直接反映了扩散入硅内部的净杂质总量2021/9/7物理意义：薄层电阻的大小直接反映了扩散入硅内部的净杂质总量q电荷，载流子迁移率，n载流子浓度假定杂质全部电离载流子浓度n=杂质浓度N则：Q：从表面到结边界这一方块薄层中单位面积上杂质总量2021/9/7合金法是早期产生半导体器件常用的形成p-N结的方法。自从硅平面技术问世以后，合

4、金法已经被扩散法取代了。扩散技术是一种制作P-N结的好方法。随着集成电路的飞速发展，扩散工艺已日臻完善，其设备和操作也大多采用电子计算机进行控制了。2021/9/7扩散是微观粒子的一种极为普遍的热运动形式，运动结果使浓度分布趋于均匀。集成电路制造中的固态扩散工艺，是将一定数量的某种杂质掺入到硅晶体或其他半导体晶体中去，以改变电学性质，并使掺入的杂质数量、分布形式和深度等都满足要求。2021/9/7扩散是向半导体中掺杂的重要方法之一，也是集成电路制造中的重要工艺。目前扩散工艺已广泛用来形成晶体管的基极、发射极、集电极，双极器件中的电阻，在MOS制造中形成源和漏、互连引

5、线，对多晶硅的掺杂等。2021/9/7离子注入是目前VLSI优越的掺杂工艺。就目前我国生产集成电路来看，离子注入不能说完全代替了扩散工艺，但至少许多原来由扩散工艺所完成的加工工序，都已经被离子注入取代了，这是时代发展的必然结果。2021/9/7§3.1杂质扩散机构杂质在硅晶体中的扩散机构主要有两种：1）间隙式扩散，（2）替位式扩散一、间隙式扩散1、间隙式杂质：存在于晶格间隙的杂质。主要那些半径较小、并且不容易和硅原子键合的原子，它们在晶体中的扩散运动主要是以间隙方式进行的。如下图所示。图中黑点代表间隙杂质，圆圈代表晶格位置上的硅原子。2、间隙式扩散：间隙式杂质从一个

6、间隙位置到另一个间隙位置上的运动。2021/9/71234567间隙杂质运动2021/9/73、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、跳跃率：Pi=v0e-wi/kT温度升高时Pi指数地增加。振动频率0＝1013～1014/s6、Na、K、Fe、Cu、Au等元素7、扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级2021/9/7二、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

7、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。4、跳跃率Pv=v0e-(Ws+Wv)/kTWv表示形成一个空位所需能量。2021/9/7替位杂质运动2021/9/7Ⅲ、Ⅴ族元素；一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行；磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层。2021/9/7§3.2扩散原理（即扩散系数和扩散方程）扩散是微观粒