最新半导体制造工艺-08扩散(下)ppt课件.ppt

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1、半导体制造工艺-08扩散(下)如何判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影响杂质分布的其他因素Fick’sLaws：Onlyvalidfordiffusionunderspec

2、ialconditionsSimplification!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

3、很高时，扩散系数不再是常数，而与掺杂浓度相关扩散方程改写为：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（oxidation

4、enhanced/retardeddiffusion）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（Emitter

5、Pusheffect）实验现象：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

6、吸收铜、金等快扩散杂质的性质（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，尾区的扩散系数比本征情况下的扩散系数大二个数量级。因此磷常作为深结扩散的杂质203）砷Ⅴ族元素，施主杂质，半径与硅相同，扩散系数小，仅磷、硼的十分之一。在高掺杂情况下也不引起畸变。在硅晶体中，砷激活量低于掺杂量，电激活浓度达2×1021㎝-3适宜于浅结，精确控制21气态相源扩散（gassource）

7、液态源扩散（liquidsource）固态源扩散（solidsource）旋涂源扩散（spin-on-glass）注意：在引入扩散源后作推进扩散时，常常会在硅片上表面有一氧化层或其它覆盖层保护硅片，使硅片中的杂质不会挥发到大气中去。扩散掺杂工艺221、气态源扩散利用载气（如N2）稀释杂质气体，杂质气体在高温下与硅表面硅原子发生反应，释放出杂质原子向硅中扩散。气态杂质源(剧毒气体):磷烷（PH4）、砷烷（AsH3）、氢化锑（SbH3）、乙硼烷（H2B6）等232、液态源扩散利用载气（如N2）通过液态杂质源，携带着杂质蒸汽进入高温扩散反应管，杂

8、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。舟241）液态源硼扩散源硼酸三甲脂B[(CH3)O]3在500oC以上分解反应B[(CH3)O]3B