晶闸管扩散工艺资料课件.ppt

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1、硅扩散工艺结构特点：普通晶闸管结构四层三结三端电极n1基区较厚p1、p2区对称阳极发射区短基区长基区阴极发射区阳极(Anode)阴极(Cathode)门极(Gate)制作工艺——扩散工艺掺杂掺杂是将所需要的杂质，以一定的方式加入到半导体晶片内，并使其在晶片中的数量和分布符合预定的要求，改变材料的导电能力。用途：利用掺杂技术可以制作PN结、欧姆接触区等掺杂技术主要有：1.热扩散工艺：利用杂质在高温(>800℃)下由高浓度区向低浓度区的扩散来进行硅的掺杂。2.离子注入：将杂质转换为高能离子的形式，直接注入进硅，将杂质转换为高能离子的形式，

2、直接注入到硅体内。3.合金法4.中子嬗变法杂质n型，如P、As、Sb等；p型，如B、Al、Ga等。常规的扩散系统与扩散工艺扩散系统气态源扩散系统液态源扩散系统固态源扩散系统扩散系统1、气态源扩散气态杂质首先在硅片表面进行化学反应，生成掺杂氧化层，杂质再由氧化层向硅中扩散。气态杂质源：B2H6/PH3/AsH3运载/稀释气体：氮气(N2)、氩气(Ar2)反应所需气体：氧气(O2)2、液态源扩散气体通过源瓶把杂质源(化合物)蒸汽带入扩散管内。在高温下杂质化合物先分解产生杂质的氧化物，氧化物再与硅反应扩散。液态源：POCl3,BBr3,As

3、Cl3,B(CH3O)3,B(CH3CH2CH2O)2扩散系统3、固态源扩散固态杂质源：P2O5;As2O3;BN;Al/Ga运载/稀释气体：氮气(N2);氩气(Ar2)固态源为杂质氧化物或其他化合物。以杂质化合物的形式进行扩散的方式要采用辅助方式解决化合物高温分解后对硅片产生的不良影响固体中的热扩散现象1、扩散机构：间隙式扩散和替位式扩散2.扩散现象的本质粒子流密度:在单位时间内通过单位面积的粒子个数(1/cm2∙s)流密度由浓度差引起的—扩散运动固体中的热扩散现象微观上，每个杂质粒子(如获得能量)总是向临近的位置跳跃,扩散就是大量

4、粒子作无规则热运动的统计结果；宏观上，大量粒子在一定条件下(如浓度差)总是由其浓度高的地方往浓度低的地方迁移。3.扩散系数物理含义：表示粒子扩散快慢的物理量。决定因素Ea：扩散所需的激活能，表示跃迁的难易，决定了扩散的快慢T：温度D∞：D∞称为频率因子或表观扩散系数影响因素：场助效应、荷电空位效应、杂质浓度等lnD~1/T的关系扩散主要参数1)表面处浓度及次表面浓度表面浓度是扩散层表面的杂质浓度次表面浓度是硅片几何表面内某一地方的杂质浓度这两个杂质浓度可以通过计算平均电导率，查依尔芬曲线得到2)杂质剂量Q0Q0指扩入单位面积硅中的杂质

5、总数(cm-2)，3)方块电阻R□(薄层电阻RS)对正方形扩散层,长和宽分别为一个单位长度，结深为xj的扩散层电阻,与扩散入硅中的杂质总量Q成反比扩散主要参数4)结深xj若扩散杂质与本底杂质导电类型相反，则在C(x)等于衬底杂质浓度（CB）处就形成ＰＮ结，它到表面的距离即为结深。扩散时间估算方式（a）结深变化(b)电阻率变化(c)温度变化杂质分布及其与实际扩散行为的差异杂质浓度分布因杂质的扩散方式不同而不同。在微电子器件制造中的扩散主要有以下几种方式：1.恒定表面源扩散：在扩散过程中，硅片表面的杂质浓度C始终保持不变。2.有限表面源扩

6、散：在扩散过程中，杂质源仅限于扩散前淀积到表面薄层内的杂质，这些杂质将全部扩入硅片内部。3.两步扩散：第一步采用恒定表面源扩散方式，第二步采用有限表面源扩散方式。4.固-固扩散恒定表面源扩散扩散后杂质浓度分布为余误差函数分布特点：其表面浓度等于在该扩散温度下杂质在半导体中的固溶度,是T的函数；在温度的不断增加中有一个峰值；固溶度是指在一定温度下杂质能溶入固体中的最大浓度；温度不变时，整个扩散过程中,Cs保持不变，Q0随t↑不断增加，结深不断加深；缺点：①采用固态源和液态源预淀积时，Q0大易产生杂质沉积和缺陷；②杂质的表面浓度Cs保持不

7、变，不能满足实际需要。工艺举例：真空闭管扩散、预沉积扩散、涂层扩散等有限表面源扩散有限表面源扩散在硅片内形成的杂质分布为高斯分布。杂质浓度梯度随时间或温度的增加而减小(曲线变缓)两步扩散第一步：采用恒定表面源扩散方式，在硅片表面淀积一定数量的杂质原子，称预扩散或预沉积。特征：温度较低，时间较短。第二步：采用有限表面源扩散方式，把淀积好的硅片放入较高温的炉中推进，使表面浓度和结深达到要求为止。称再分布或主扩散、推进。特征：温度较高，时间较长。能很好地解决Cs、xj与扩散温度、时间之间的矛盾。可以控制表面浓度和结深。（较高Cs、较深xj）

8、固-固扩散：低温下利用CVD技术或胶体涂布的方法，在硅片表面淀积一层含有一定杂质浓度的固体薄膜，然后以此为掺杂剂，在高温下进行扩散，从而达到掺杂的目的。只要适当地调节氧化层中的杂质浓度，通过一次扩散就可以获得任意低的表面