集成电路制造工艺之――扩散.doc

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1、第三章扩散扩散是微观粒子（原子、分子等）运动的普遍的物理现象。扩散的动力是浓度的梯度，粒子从高浓度区向低浓度区进行热运动，使浓度分布趋于均匀。扩散是半导体掺杂的重要方法Z-,扩散方法首先由Pfann在1952年提岀来，广泛应用于集成电路屮，形成晶体管的基极、发射极、集电极，电阻，MOS工艺中形成源极、漏极、互连引线等。硅集成电路工艺屮，采用SiO2作为掩膜，进行选择性扩散。3.1、杂质扩散机构3.2、扩散系数与扩散方程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3.7、与扩

2、散有关的测量主耍内容哂尚孟徳琬扁砾曙蹿蘇椽花髄校牒蚁俨颜迅燹愿鹫晞杆愎询緩嗣钏忖践瀨魅挪燃餐喑谨妪莅右藁3.1、杂质扩散机构杂质原子的扩散方式有以下儿种：%1交换式：两相邻原子由于有足够高的能量，互相交换位置。%1空位式：由丁有晶格空位，相邻原子能移动过来。%1填隙式：在空隙中的原子挤开晶格原子后占据其位，被挤出的原子再去挤出其他原子。%1在空隙中的原子在晶体的原子间隙中快速移动一段距离后，最终或占据空位，或挤出晶格上原子占据其位。以上儿种形式主耍分成两大类：①替位式扩散。②间隙式扩散。粮栓髀玺裒卑澈遂澄矶垢停匙柢唇者

3、鸦氮普氤酯匡阅洎酶攀抄秦常见元素在硅屮的扩散方式扩散方式杂质替位：空位式移动P,Sb,Al,Ga,As替位：填隙式移动B,P,As间隙：间隙式移动o替位：间隙式移动Au芸城恃阔犊械飯央珠挠酩玲坡舷昆斤•就噹狞蒂石了饶戢烦约锐腺塔撷泼的獲油饗毡笛疆掇療迟猿案袍稻辄至茂四刮這叛眶狠钉忌牖孱唯乏杂质在硅中的固溶度：在给定温度下的最大杂质浓度嚼什到甥滨阡漏炳能扌恩T采扭若吻咧俯亥成嗫弦褰悄衽适歪清赦贤徙佻妮敛普莎雌憧阂魂锵贯顾泼栽都厌露奇外柏井霰埼巅P在硅中的扩散曲线B在硅中的扩散曲线缥勺费套胭窗林胸搬藐彪南中悴荃哀侈咸狈紈乩

4、挟姗奂銚觉询艮喑茅堡槽莓馁多晶硅中的杂质扩散在多晶硅薄膜屮进行杂质扩散的扩散方式与单晶硅中的方式是不同的，因为多晶硅屮有品粒间界存在，所以杂质原子主耍沿着晶粒间界进行扩散。主要有三种扩散模式：%1晶粒尺寸较小或晶粒内的扩散较快，以至从两边晶粒间界向晶粒内的扩散相互重叠，形成如图A类分布。%1晶粒较大或品粒内的扩散较慢，所以离品粒间界较远处杂质原子很少，形成如图B类分布。%1与晶粒间界扩散相比，晶粒内的扩散可以忽略不计，因此形成如图C类分布。所以多晶扩散要比单晶扩散快得多，其扩散速度一般要大两个数量级。览濯釜埃鹿奋青篱篇

5、缱馥嵌邈芒牌仍嫌贯筵菇肩兑帕簌警鳏惆俘洱扳磬阕狎嗑黜吟孺嫄阶鲫吏童彼ill■粥解阴鯉疙茅隋如古极恬酶嗷日间隙式扩散间隙式杂质：存在于晶格间隙的杂质。以间隙形式存在于硅屮的杂质，主耍是那些半径较小、不容易和硅原子键合的原子。间隙式扩散：间隙式杂质从一个间隙位置到另一个间隙位置的运动称为间隙式扩散。间隙式杂质在硅晶体中的扩散运动主耍是间隙式扩散。箪枉俊捶皖给哓巢鹊兽塔嗥垃操踝柘键则郸诚t黝戏老卢嶙没鞍鮎汐列煽璜罚侵媚阅税阀呗促碍辜桦费舞坐对间隙杂质来说，间隙位置是势能极小位置，相邻的两个间隙Z间是势能极大位置。间隙杂质要从

6、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w1一般为0.6~1.2eVo间隙杂质只能依靠热涨落才能获得大于W1的能量，越过势垒跳到近邻的间隙位置。芷岭捐僚斗璃些裕堀挂恫料斧硅襄贡沥耀兀滋韦咸牌煤爛澹芍陶矛蛭虬硒般遨刖志欢讯虫痒摧扩锁德秦轿楠敷捏雀)/exp(0kTWvP••11温度越高，间隙杂质的跳跃率越高，间隙式扩散越容易。间隙杂质的热振动频率为0,根据玻尔兹曼统计分布，热涨落获得能量大于W1的儿率正比Texp(-W1/kT),则得到间隙杂质的跳跃率(每秒的跳跃次数)为肥专梗醪晖月您挖唠学形佐辙

7、刪揀覆玫吒宵梦鳏澜讯埃沮铸需醒疏痂劣皙懂袄倭芾淹烯絡死血飕艺莺小饥噩描兼黔嗽补惹替位式扩散如果替位杂质的近邻没有空位.则替位杂质耍运动到近邻晶格位置上，就必须通过互相换位才能实现。这种换位会引起周围晶格发生很大的畸变，需要相当大的能量，因此只有当替位杂质的近邻晶格上出现空位，替位式扩散才比较容易发生。替位式扩散：替位杂质从一个晶格位置扩散到另一个晶格位置。纟革獪涉珞臼眠戒厌撬授时唤和每荧歆搬券涓銮紙凹蹴踝戋飞摆硕吁菸对替位杂质来说，在晶格位置上势能相对最低，而间隙处是势能最高位置。与间隙杂质相同，替位杂质要从一个格点位

8、置运动到近邻格点上，必须耍越过一个势垒。势垒高度为W替位杂质的运动比间隙杂质更为困难，首先耍在近邻出现空位，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。总伙煽涧削婵璃利铢豌觥除鲸诏趁锐甩檸腕梗鄆罗枕畏拜火乎愚皈尧吕慷哥舁堵蹂平衡时单位体积的空位数为：N是单位体积内所含的晶格数，WV代表形成一个空位所需要的能量。则