chap3 扩散工艺3.3,3.4,3.5.ppt

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1、§3.3扩散杂质的分布扩散方式有两种：恒定表面源扩散和有限表面源扩散。1.恒定表面源扩散扩散过程中，硅片表面杂质浓度始终不变，这种类型的扩散称为恒定表面源扩散。其扩散后杂质浓度分布为余误差函数分布。特点：（1)杂质分布形式：在表面浓度一定的情况下，扩散时间越长，杂质扩散的就越深，扩到硅内的杂质数量也就越多。（2）结深（3）杂质浓度梯度：在CS和CB一定的情况下P-N结越深，在结处的杂质浓度梯度就越小2.有限表面源扩散扩散前在硅片表面先淀积一层杂质，在整个过程中，这层杂质作为扩散源，不再有新源补充，杂质总量不再变化

2、。这种类型的扩散称为有限表面源扩散。其扩散后杂质浓度分布为高斯函数分布特点：（1）杂质分布形式：当温度相同时，扩散时间越长，杂质扩散的就越深，表面浓度就越低。当扩散时间相同时，扩散温度越高，杂质扩散的就越深，表面浓度下降的就越多。（2）结深：在杂质分布形式相同的情况下，CB越大，结深就越深。（3）杂质浓度梯度：随扩散深度的增加而减小。3.两步扩散预淀积（或预扩散）：温度低、时间短主淀积（或推进）：温度高、时间长预淀积（或预扩散）现已普遍被离子注入代替余误差函数分布（erfc）表面浓度恒定杂质总量增加扩散深度增加高

3、斯函数分布（Gaussian）表面浓度下降(1/t)杂质总量恒定结深增加关键参数Cs（表面浓度）xj（结深）Rs（薄层电阻）§3.4影响杂质分布的其他因素（实际杂质分布(偏离理论值)）一、二维扩散一般横向扩散(0.75~0.85)*Xj(Xj纵向结深)Xj0.75~0.85Xj二、横向扩散其中Di0、Di＋、Di－、Di2－分别表示中性、正一价、负一价、负二价的低浓度杂质－－空穴对的本征扩散系数。三、杂质对扩散系数的影响其中Di0、Di＋(p/ni)、Di－(n/ni)、Di2(n/ni)2分别表示中性、正一价

4、、负一价、负二价的高浓度杂质－－空穴对的非本征条件下的有效扩散系数。不难发现扩散衬底杂质浓度将严重影响扩散系数非本征掺杂扩散系数比本征掺杂扩散系数高一个数量级！！在杂质浓度很高时，扩散系数不再是常数，而与掺杂浓度相关四、电场效应当掺杂浓度远大于本征载流子浓度时，h接近2。电场效应对于低浓度本体杂质分布影响更大V2-:二价负电荷空位N+PN-5、发射极推进效应（EmitterPusheffect）六、热氧化过程中的杂质再分布(杂质分凝)硼:m<1磷:m>1砷:m>1七、氧化增强扩散1）OED（oxidationen

5、hanced）：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+IAI2）抑制扩散（retardeddiffusion）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八、晶向的影响§3.5扩散工艺一．双温区锑扩散制作双极型集成电路的隐埋

6、区时，常用锑和砷作杂质。因为它们的扩散系数小，外延时自掺杂少，其中又因为锑毒性小，故生产上常用锑。系统特点：用主辅两个炉子，产生两个恒温区。杂质源放在低温区，硅片放在高温区。反应式：3Sb2O3+3Si=4Sb+SiO2优点：1）可使用纯Sb2O3粉状源，避免了箱法扩散中烘源的麻烦；2)两步扩散，不象箱法扩散那样始终是高浓度恒定表面源扩散，扩散层缺陷密度小；3）表面质量好，有利于提高表面浓度。二.常见扩散方法利用载气（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

7、源(剧毒气体):磷烷（PH4）、砷烷（AsH3）、氢化锑（SbH3）、乙硼烷（H2B6）等惰性气体作为载气把杂质源蒸气输运到硅片表面，在扩散温度下，杂质化合物与硅反应生成单质杂质原子相硅内扩散。固态源扩散：如B2O3、P2O5、BN等锑的箱法扩散硅片与扩散源同放一箱内，在N2气保护下扩散源：Sb2O3:SiO2=1:4(粉末重量比)2Sb2O3+3Si=4Sb+3SiO2片状固态氮化硼扩散活化处理4BN+3O22B2O3+2N2900C1h.通O2扩散2B2O3+3Si3SiO2+4BBN片与硅片大小相当，

8、和硅片相间均匀放置在舟上。不需载气，但以N2或Ar2保护。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）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B2O3+CO2+H2O＋...2B2O3+3Si3SiO2+4B例：预