扩散工艺培训以及常见异常分析处理.pdf

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1、扩散工艺培训以及常见异常分析处理张洪栋2015.11.22•扩散基本原理1•吸杂技术分类形式2•机台常识与基本操作3•异常问题及解决方法4•安全常识51.扩散基本原理1.1扩散的基本概念扩散现象：气体在空气（气体）中的扩散气体在液体中的扩散液体在液体中的扩散固体在液体中的扩散固体内的扩散：气体、液体、固体在固体中的扩散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

2、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。1.2扩散的基本特点扩散的分类互扩散：有浓度差的空间扩散（1）按浓度均匀程度分自扩散：没有浓度差的扩散顺扩散（下坡扩散）：由高浓度区向低浓度区的扩散（2）按扩散方向分逆扩散（上坡扩散）：由低浓度区向高浓度区的扩散体扩散：在晶粒内部进行的扩散（3）按原子的扩散途径分表面扩散：在表面进行的扩散晶界扩散：沿晶界进行的扩散1.3扩散

3、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。杂质原子晶格空位Si原子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。杂质原子Si原子1.4扩散方程恒定源扩散整个扩散过程中，硅片表面浓度C保持不变.S扩散方程：2CCD2t

4、x1.4扩散方程限定源扩散杂质源限定在硅片表面薄的一层，杂质总量Q是常数.扩散方程：2CCD2tx1.4扩散方程氧化增强扩散（oxidationenhanceddiffusion）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。1.4扩散方程杂质在硅中的固溶度：杂质扩散进入硅中后，与硅形成固溶体。在一定的温度下，杂质在硅中有一个最大的溶解度，其对应的杂质浓度，称该温度下杂质在硅中的固溶度。固溶度在一定程度上决定了硅片的

5、表面浓度。1.5PN结的形成当P型半导体和N型半导体接触后，由于交界两侧半导体类型不同，存在电子和空穴的浓度差。这样P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散。由于扩散运动，在P区和N区的接触面就产生正负离子层。N区失掉电子产生正离子，P区得到电子产生负离子。通常称这个正、负离子层为PN结。在PN结的P区一侧带负电，N区一侧带正电。PN结便产生了内电场，内电场的方向是从N区指向P区。内电场对扩散运动起到阻碍作用，电子和空穴的扩散运动随着内电场的加强而逐步减弱，直至达到平衡，在界面处形成稳定的空间电荷区。如下图：1.

6、5PN结的形成液态磷源扩散工艺利用载气（N）通过液态杂质源，携带着杂质蒸汽进入高温扩散反应2管，杂质蒸汽在高温下分解，并与硅表面硅原子发生反应，释放出杂质原子向硅中扩散。1.5PN结的形成液态磷源扩散源三氯氧磷(POCl)3>600C5POClPO+3PCl32552PO+5Si=5SiO+4P(向硅中扩散)252PCl难分解，会腐蚀硅，故还要通入少量O524PCl+5O2PO+10Cl522521.5PN结的形成液态磷源扩散流程进片装片回温卸片扩散液态磷源扩散流程方阻推结测试退舟降温1.5

7、PN结的形成用扩散法制得的PN结一般为缓变结，杂质浓度逐渐变化。1.5PN结的形成但对高表面浓度的浅扩散结，用突变结近似。1.5PN结的形成四探针法测方块电阻四根探针和四个针尖都保持在一条直线上（linear），并以等压力压在半导体样品表面。1和4称为电流探针，由稳压电源恒电流供电；2和3称为电位探针，测量这两个探针之间的电位差。IIVln2VxjSSSVV1234R4.53sxln2IItj1.5PN结的形成考虑一块长为l、宽为a、厚为t的薄层如右图。如果该薄层材料的电阻率为ρ，则该整个薄层的电阻

8、为：llR()()tata当l=a（即为一个方块）时，R=ρ/t。可见，ρ/t代表一个方块的电阻，故称为方块电阻，特记为R=ρ/t(Ω/□)。□1.5PN结的形成杂质分布、结深的测量ECV（电化学微分电容电压）：利用电解液来形成势垒并对半导体施加偏压进行表面腐蚀去除已电解的材料，测量结的反偏电容和电压的关系可以测得扩散层的掺杂分布。ECV测试具有电