集成电路制造技术：(5)扩散

1、第第5 5章章 扩散扩散 微电子工艺微电子工艺4 4 第第5 5章章 扩散扩散 v杂质掺杂 v掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体 区域中，以达到改变半导体电学性质， 形成PN结、电阻、欧姆接触 磷(P)、砷(As) N型硅 硼(B) P型硅 掺杂工艺：扩散、离子注入 第第5 5章章 扩散扩散 v扩散是微电子工艺中最基本的工艺之一，扩散是微电子工艺中最基本的工艺之一， 是在是在约约10001000的高温、的高温、p p型或型或n n型杂质气氛型杂质气氛 中，使杂质向衬底硅片的确定区域内扩散，中，使杂质向衬底硅片的确定区域内扩散， 达到一定浓度，实现半导体达到一定浓度，实现半导体定域、定量掺定域、

2、定量掺 杂杂的一种工艺方法，也称为热扩散。的一种工艺方法，也称为热扩散。 v目的是通过目的是通过定域定域、定量定量扩散掺杂改变半导扩散掺杂改变半导 体导电类型，电阻率，或形成体导电类型，电阻率，或形成PNPN结。结。 Doped Region in a Silicon Wafer OxideOxide p+ Silicon substrate Dopant gas N Diffused region 内容题要内容题要 v5.1扩散机构扩散机构 v5.2晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程 v5.3杂质的扩散掺杂杂质的扩散掺杂 v5.4热扩散工艺中影响杂质分布

3、的其它因素热扩散工艺中影响杂质分布的其它因素 v5.5扩散工艺条件与方法扩散工艺条件与方法 v5.6 扩散工艺质量与检测扩散工艺质量与检测 v5.7 扩散工艺的发展扩散工艺的发展 5.1 5.1 扩散机构扩散机构 v扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于 绝对零度时，任何物系内的质点都在作热运动。绝对零度时，任何物系内的质点都在作热运动。 v杂质在半导体中的扩散是由杂质在半导体中的扩散是由杂质浓度梯度杂质浓度梯度或或温度温度 梯度梯度（物体中两相的化学势不相等）引起的一种（物体中两相的化学势不相等）引起的一种 使杂质浓度趋于均匀的杂质定向运动。使杂

4、质浓度趋于均匀的杂质定向运动。 v扩散是一种扩散是一种传质传质过程，宏观上表现出物质的定向过程，宏观上表现出物质的定向 迁移。迁移。 v扩散是一种自然现象，是微观粒子热运动的形式，扩散是一种自然现象，是微观粒子热运动的形式， 结果使其浓度趋于均匀。结果使其浓度趋于均匀。 固相扩散工艺固相扩散工艺 v微电子工艺中的扩散，是杂质在晶体内的扩散，是微电子工艺中的扩散，是杂质在晶体内的扩散，是 固相扩散工艺。固相扩散工艺。 v固相扩散是通过微观粒子一系列随机跳跃来实现的，固相扩散是通过微观粒子一系列随机跳跃来实现的， 这些跳跃在整个三维方向进行，主要有三种方式这些跳跃在整个三维方向进行，主要有三种方式

5、 间隙式扩散间隙式扩散 替位式扩散替位式扩散 间隙间隙替位式扩散替位式扩散 扩散的微观机制扩散的微观机制 (a) 间隙式扩散（间隙式扩散（interstitial） (b) 替位式扩散（替位式扩散（substitutional） 间隙扩散间隙扩散杂质：杂质：O， Au，Fe，Cu，Ni， Zn，Mg 替位扩散替位扩散杂质杂质：As， Al，Ga， Sb，Ge。 替位原子的运动一般是以近邻替位原子的运动一般是以近邻 处有处有空位空位为前题为前题 B，P，一般作为替代式扩，一般作为替代式扩 散杂质，实际情况更复杂，散杂质，实际情况更复杂， 包含了硅自间隙原子的作包含了硅自间隙原子的作 用，称填隙式

6、或推填式扩用，称填隙式或推填式扩 散散 间隙式扩散间隙式扩散 间隙原子扩散势场示意图间隙原子扩散势场示意图 Wi=0.6- 1.2eV 按照玻尔兹曼统计规律，获得大于能过按照玻尔兹曼统计规律，获得大于能过Wi的几率正比的几率正比 于于exp(-WikT) k：玻尔兹曼常数：玻尔兹曼常数 kT:平均振动能，平均振动能，0.026eV 0： ：振动频率， 振动频率，1013-1014/s kTWi evP / 0i 跳跃率跳跃率 i P 室温下，室温下， 约每分钟一次。约每分钟一次。 i P 替位式扩散替位式扩散 产生替位式扩散必需存在空位。产生替位式扩散必需存在空位。 晶体中空位平衡浓度相当低，

7、晶体中空位平衡浓度相当低， 室温下，替位式扩散跳跃率约每室温下，替位式扩散跳跃率约每1045年一次。年一次。 eV43 0 sv )/kTW(W v WW evP s Ws 空位浓度空位浓度 kTWv Nen / 间隙间隙-替位式扩散替位式扩散 v许多杂质即可以是替位式也可以是间隙式溶许多杂质即可以是替位式也可以是间隙式溶 于晶体的晶格中，并以间隙于晶体的晶格中，并以间隙-替位式扩散。替位式扩散。 v这类扩散杂质的跳跃率随这类扩散杂质的跳跃率随空位空位和和自间隙自间隙等缺等缺 陷的浓度增加而迅速增加。陷的浓度增加而迅速增加。 间隙间隙-替位式扩散替位式扩散 杂质原子被从晶杂质原子被从晶 格位置

8、格位置“踢出踢出” (Kick-out) AV A+I Ai 5.25.2晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程 固体中的扩散基本特点 v（1）固体中明显的质点扩散常开始于 较高的温度，但实际上又往往低于固体 的熔点。 v（2）晶体结构将以一定的对称性和周 期性限制着质点每一步迁移的方向和自 由行程。 5.2.2 扩散方程扩散方程 v在单位时间内通过在单位时间内通过垂直于扩散方向垂直于扩散方向的的单位面积单位面积 上的扩散物质流量为上的扩散物质流量为扩散通量扩散通量（Diffusion flux， kg / m2 s），用），用J表示。表示。 v扩散通量扩散通

9、量其与该截面处的浓度梯度成正比。其与该截面处的浓度梯度成正比。 v比例系数比例系数D定义为杂质在衬底中的扩散系数。定义为杂质在衬底中的扩散系数。 Fick第一扩散定律第一扩散定律 C( ,t) ( , ) x J x tD x “” 表示粒子从高表示粒子从高 浓度向低浓度扩散，即浓度向低浓度扩散，即 逆浓度梯度方向扩散逆浓度梯度方向扩散 菲克第二定律菲克第二定律 当扩散处于非稳态，即各点的浓度随时间当扩散处于非稳态，即各点的浓度随时间 而改变时，利用第一定律不容易求出。而改变时，利用第一定律不容易求出。 通常的扩散过程大都是非稳态扩散，为便通常的扩散过程大都是非稳态扩散，为便 于求出，还要从物

10、质的平衡关系着手，建立第于求出，还要从物质的平衡关系着手，建立第 二个微分方程式。二个微分方程式。 讨论晶体中杂质浓度与扩散时间的关系，讨论晶体中杂质浓度与扩散时间的关系， 又称又称Fick第二定律。第二定律。 FickFick第二扩散定律第二扩散定律 dx J1 J2 A x x+dx 注：J1，J2分别为流入、 流出该体积元的杂质流量 21 JJJ xx C( ,t)xJ tx 2 2 C( ,t)C( ,t)xx D tx 假设一段具有均匀横截面A的长方条材料，考虑其中长度为dx的一小段体积 则流入、流出该段体积的流量差 在非稳态扩散过程中，在距离x处，杂质原子浓度随扩散时间t的变化率

11、如果扩散系数D与浓度无关，则由Fick第一定律可得 5.2.3 扩散系数扩散系数 vD0为表观扩散系数为表观扩散系数 vEa为扩散激活能为扩散激活能v P,t a xaC 2 v P,t a xaC 2 (cm2/s) Ea/kT)(D )/kTw(wvaD PaD x C(x,t) Pa P,t a xaCP,t a xaCJ vs v v vv exp exp 22 0 0 2 2 2 扩散系数(Diffusion coefficient)D是描述扩散速度的重要物理量， 它相当于浓度梯度为1时的扩散通量 。 （以替位式扩散推导）（以替位式扩散推导） v在低浓度下 硅和砷化镓 中各种掺杂 剂

12、杂质的实 测扩散系数 根据杂质在晶体中的扩散系数分 v快扩散杂质快扩散杂质：H，Li, Na, Cu, Fe, K, Au, He, Ag, v慢扩散杂质慢扩散杂质：Al, P, B, Ga, Ti, Sb，As v在高温工艺中，如扩散、外延，掺杂元素的 扩散系数小些好 一些杂质在硅111面中的扩散系数 5.35.3杂质的扩散掺杂杂质的扩散掺杂 v扩散工艺扩散工艺是要将具有是要将具有电活性电活性的杂质，在一定的杂质，在一定温度温度， 以一定以一定速率速率扩散到衬底硅的特定位置，得到所需扩散到衬底硅的特定位置，得到所需 的的掺杂浓度掺杂浓度以及以及掺杂类型掺杂类型。 v两种方式：两种方式：恒定表

13、面源扩散恒定表面源扩散和和限定表面源扩散限定表面源扩散 v扩散工艺重要的工艺参数包括：扩散工艺重要的工艺参数包括： 杂质的分布杂质的分布 表面浓度表面浓度 结深结深 掺入杂质总量掺入杂质总量 恒定表面源扩散恒定表面源扩散 v恒定表面源恒定表面源是指在扩散过程中，硅片是指在扩散过程中，硅片 表面的杂质浓度始终是保持不变的。表面的杂质浓度始终是保持不变的。 v恒定表面源扩散恒定表面源扩散指硅一直处于杂质氛指硅一直处于杂质氛 围中，硅片表面达到了该扩散温度的围中，硅片表面达到了该扩散温度的 固溶度固溶度Cs。 v解扩散方程：解扩散方程： v初始条件为：初始条件为：C(x，0)=0，x0 v边界条件为

14、：边界条件为：C(0，t)=Cs C(，t)= 0 恒定表面源扩散杂质分布情况恒定表面源扩散杂质分布情况 2 s x C x,tC erfc Dt 2 2C C x D t x CB Cs xj1 xj2 xj3 C(x,t) t1 t2 t3 0 t3t2t1 恒定表面源扩散恒定表面源扩散 verfc称为余误差函数。称为余误差函数。 v恒定源扩散杂质浓度服从恒定源扩散杂质浓度服从余误差分布余误差分布，延长扩散时间：，延长扩散时间： 表面杂质浓度不变；表面杂质浓度不变； 结深增加；结深增加； 扩入杂质总量扩入杂质总量 增加；增加； 杂质浓度梯度减小。杂质浓度梯度减小。 DtADt s C C

15、erfc2 j x B 1 4Dt x e Dt s C x,t x C(x,t) Dt s 1.13C 0 Dt s 2Cdxx,tCQ 2 结深结深 杂质数量杂质数量 杂质浓度梯度杂质浓度梯度 有限表面源扩散有限表面源扩散 v指杂质源在扩散前积累于硅指杂质源在扩散前积累于硅 片表面薄层片表面薄层内，内， Q为为单位单位 面积杂质总量，解扩散方程：面积杂质总量，解扩散方程： 边界条件边界条件:C(x,0)=Q/ , 0 x0 0 0 ,CQdxx Dt x e Dt Q txC 4 2 , n有限表面源扩散杂质分布情况有限表面源扩散杂质分布情况 X Xj1 Xj2 Xj3 Cs Cs Cs”

16、 t1 t2 t3 C(x,t) CB 0 t3t2t1 有限表面源扩散有限表面源扩散 Dt Q Cs C(x,t) 2Dt x (x,t) x C(x,t) DtADtx B s j 2 1 C C ln2 杂质浓度梯度杂质浓度梯度 杂质表面浓度杂质表面浓度 结深结深 v有限源扩散杂质浓度是一种高斯函数分布。有限源扩散杂质浓度是一种高斯函数分布。 v延长扩散时间延长扩散时间(提高扩散温度提高扩散温度T )： 杂质表面浓度杂质表面浓度 迅速减小；迅速减小；杂质总量不变；杂质总量不变； 结深增加；结深增加； 杂杂 质浓度梯度减小质浓度梯度减小。 v一步工艺一步工艺 是惰性气氛下的恒定源扩散，杂质

17、分是惰性气氛下的恒定源扩散，杂质分 布服从余误差函数；布服从余误差函数； v两步工艺两步工艺 分为预淀积（预扩散）、再分布（主分为预淀积（预扩散）、再分布（主 扩散）两步。扩散）两步。 预淀积预淀积是惰性气氛下的是惰性气氛下的恒定源扩散恒定源扩散，目的是在扩散窗，目的是在扩散窗 口硅表层扩入总量口硅表层扩入总量Q一定的杂质。一定的杂质。 再分布再分布是氧气氛或惰性气氛下的是氧气氛或惰性气氛下的有限源扩散有限源扩散，将窗口，将窗口 杂质再进一步向片内扩散，目的是使杂质在硅中具有杂质再进一步向片内扩散，目的是使杂质在硅中具有 一定的表面浓度一定的表面浓度Cs、分布、分布C（x）、且达到一定的结深）

18、、且达到一定的结深xj， 有时还需生长氧化层。有时还需生长氧化层。 实际扩散工艺实际扩散工艺 两步扩散两步扩散 v预淀积（预扩散）预淀积（预扩散） 低温，短时，恒定表面源扩散低温，短时，恒定表面源扩散杂质扩散很浅，杂质扩散很浅， 杂质数量可控杂质数量可控 v主扩散（再分布）主扩散（再分布） 高温，扩散同时伴随氧化高温，扩散同时伴随氧化控制表面浓度和控制表面浓度和 扩散深度扩散深度 两步扩散之后的杂质最终分布形式，为两个扩散过程结果 的累加。 D1t1D2t2预扩散起决定作用，杂质按余误差函数形式分布 D1t1Ci 1019/cm3) ，将使扩散系数，将使扩散系数 显著提高。显著提高。 本征扩散

19、系数本征扩散系数Di： 非本征扩散系数非本征扩散系数De ： 间隙原子（团）间隙原子（团） a）硅原子踢出晶格位置上的杂质原子 b）踢出与间隙机制扩散 5.4.2 氧化增强扩散氧化增强扩散 (OED) v与中性气氛相比，硼在氧化气氛中的扩散存在明显增强现象（与中性气氛相比，硼在氧化气氛中的扩散存在明显增强现象（OED），）， 磷、砷也有此现象。磷、砷也有此现象。 v原因是氧化诱生堆垛层错产生大量自填隙原因是氧化诱生堆垛层错产生大量自填隙Si，间隙，间隙-替位式扩散中的替位式扩散中的“踢踢 出出”机制提高了扩散系数。机制提高了扩散系数。 氧化层氧化层 B有限源扩散有限源扩散 氮化物氮化物 p-S

20、i n-Si 氮化物氮化物 n-Si 氧化层氧化层 掺掺B CB1019 O2 I+B IB 氧化增强扩散产生的原因氧化增强扩散产生的原因 v硅氧化时，在Si-SiO2界面附近产生大量的间隙硅原 子，这些过剩的间隙硅原子在向硅内扩散的同时不 断与空位复合（锑主要靠空位机制扩散，氧化时会 降低锑的扩散），使这些过剩的间隙硅原子的浓度 随深度而降低。表面附近过剩的间隙硅原子可以和 替位硼相互作用，使原来处于替位的硼变为间隙硼。 当间隙硼邻近晶格没有空位时间隙硼以间隙方式运 动。如果间隙硼近邻有空位时，间隙硼又可以进入 空位变为替位硼。杂质硼以替位间隙交替的方式 运动，其扩散速度比单纯由替位到替位要

21、快。 氧化阻滞扩散氧化阻滞扩散 v锑扩散是以替位方式进行，氧化堆垛层错带来的自填隙硅填充锑扩散是以替位方式进行，氧化堆垛层错带来的自填隙硅填充 了空位，减少了空位浓度。了空位，减少了空位浓度。锑在氧化气氛中的扩散却被阻滞。锑在氧化气氛中的扩散却被阻滞。 氮化物氮化物 n-Si p-Si 氧化层氧化层 氮化物氮化物 p-Si 氧化层氧化层 Sb有限源扩散有限源扩散 CBD（111） 晶格缺欠越多，扩散速率也越大。晶格缺欠越多，扩散速率也越大。 5.5扩散工艺条件与方法扩散工艺条件与方法 v扩散设备扩散设备多是炉丝加热的热壁式扩散炉。多是炉丝加热的热壁式扩散炉。 和氧化炉相类似。和氧化炉相类似。

22、v扩散方法：开管扩散，闭管扩散；箱法扩扩散方法：开管扩散，闭管扩散；箱法扩 散；散； v根据扩散源的不同有三种根据扩散源的不同有三种扩散工艺扩散工艺：固态：固态 源扩散，液态源扩散，气态源扩散。源扩散，液态源扩散，气态源扩散。 v选择源选择源必需满足必需满足固溶度固溶度、扩散系数扩散系数要求。要求。 v选择好选择好掩蔽膜掩蔽膜。 Typical Dopant Sources for Diffusion DopantFormula of SourceChemical Name Arsenic (As)AsH3Arsine (gas) Phosphorus (P)PH3Phosphine (gas

23、) Phosphorus (P)POCl3Phosphorus oxychloride (liquid) Boron (B)B2H6Diborane (gas) Boron (B)BF3Boron tri-fluoride (gas) Boron (B)BBr3Boron tri-bromide (liquid) Antimony (Sb)SbCl5Antimony pentachloride (solid) 固态源扩散固态源扩散 v扩散方式扩散方式 开管扩散开管扩散 箱式扩散箱式扩散 涂源扩散涂源扩散 闭管扩散闭管扩散 v固态源（固态源（杂杂 质的氧化物或质的氧化物或 其他化合物）其他化合物

24、） 陶瓷片或粉陶瓷片或粉 体：体：BN、 B2O3、 Sb2O5、 P2O5等等 石英管石英管 接排风接排风 阀和流量计阀和流量计 载载 气气 铂源舟铂源舟 石英舟和硅片石英舟和硅片 开管固态源扩散开管固态源扩散 系统系统 扩散工艺 箱法扩散；把杂质源和硅片装在由石英或者硅 做成的箱内，在氮气或氩气保护下扩散。 涂源法扩散：把溶于溶剂中的杂质源直接涂在 待扩散的硅片表面，在高温下由惰性气体保 护下进行扩散。溶剂为聚乙烯醇，杂质源为 氧化物或杂质氧化物与惰性氧化物（SiO2、 BaO、CaO）的混合物。 液态源扩散液态源扩散 v液态源液态源 POCl3、 BBr3、 B(CH3O)3 （ （TM

25、B） 接排风接排风 阀和流量计阀和流量计 载载 气气 石英舟和硅片石英舟和硅片 石英管石英管 温度控温度控 制池制池 源瓶和源瓶和 液相源液相源 液相源扩散系统液相源扩散系统 液态源 由携带气体（N2）通过源瓶，把杂质蒸气带入扩散炉 管内。盛放液体源的密封容器浸在一个恒温槽中。 有POCl3，BBr3等。 POCl3+O2P2O5+Cl2（无氧时POCl3分解为 PCl5，腐蚀性强 P205+SiP+SiO2 BBr32B+3Br2， 4B+3O22B2O3 2B2O3+3Si4B+3SiO2如BBr3相对于O2浓度过高， Si表面会形成不挥发的硼化物，导致掺杂不均并难 去除，影响器件接触电阻

26、。 缺点：腐蚀性高、有爆炸危险，易形成硅化物 气态源扩散气态源扩散 v气态源气态源 BCl3、 B2H6、 PH3、 AsH3 石英管石英管 接排风接排风 阀和质量阀和质量 流量计流量计 气气 源源 石英舟和硅片石英舟和硅片 气态源扩散系统气态源扩散系统 运输方便、纯净度高、污染少、但有剧毒，使用时应非 常小心 5.5.3 常用杂质的扩散工艺常用杂质的扩散工艺 NPN管的硼扩散管的硼扩散 v原理原理 2 B2O3 + 3Si 4B +3SiO2 v选源选源 固态固态BN源使用最多，必须活化源使用最多，必须活化 活化：活化： 4BN + 3O2 2B2O3 + 2N2 v特点特点 B与与Si原子

27、半径相差较大，有伴生应力缺陷，原子半径相差较大，有伴生应力缺陷， 能造成晶格损伤。硼在硅中的最大固溶度达能造成晶格损伤。硼在硅中的最大固溶度达 4*1020/cm3，但浓度在，但浓度在1020/cm3以上有结团现象。以上有结团现象。 v工艺工艺 两步工艺，预淀积为恒定源扩散，用氮气保两步工艺，预淀积为恒定源扩散，用氮气保 护，再分布有限源扩散，生长氧化层（干氧护，再分布有限源扩散，生长氧化层（干氧-湿氧湿氧- 干氧）干氧） 900-1100 B扩散工艺流程扩散工艺流程 v预淀积，一般预淀积温度较低，时间也较短。氮预淀积，一般预淀积温度较低，时间也较短。氮 气保护。气保护。 v漂硼硅玻璃，予淀积

28、后的窗口表面有薄薄的一层漂硼硅玻璃，予淀积后的窗口表面有薄薄的一层 硼硅玻璃，用硼硅玻璃，用HF漂去。漂去。 v再分布，温度较高，时间也较长。通氧气，直接再分布，温度较高，时间也较长。通氧气，直接 生长氧化层。生长氧化层。 v测方块电阻测方块电阻，方块电阻是指表面为正方形的薄膜，方块电阻是指表面为正方形的薄膜， 在电流方向的电阻值。在电流方向的电阻值。 NPN管的磷扩散管的磷扩散 v原理原理 2P2O5 + 5Si 4P + 5SiO2 v选源选源 固态固态P2O5陶瓷片源使用最多，无须活化。陶瓷片源使用最多，无须活化。 v特点特点 磷是磷是n型替位杂质，型替位杂质， B与与Si原子半径接近，

29、原子半径接近， 杂质浓度可达杂质浓度可达1021/Cm3，该浓度即为电活性浓，该浓度即为电活性浓 度。度。 v工艺工艺 与硼扩相近两步工艺，不漂磷硅玻璃。与硼扩相近两步工艺，不漂磷硅玻璃。 NPN管管 N x 5*1020 1018 3*1016 N+P N N型型erfc分布分布 P型高斯分布型高斯分布 N型衬底型衬底 0 Xebj Xbcj N x 发射区发射区 基区基区集电区集电区 B扩：扩： D1t1D2t2 5.6 扩散工艺质量与检测扩散工艺质量与检测 v工艺指标工艺指标 杂质表面浓度杂质表面浓度Cs 结深结深xj 薄层电阻薄层电阻Rs 分布曲线分布曲线C(x) v工艺条件工艺条件(

30、T, t)的确定的确定 解析扩散方程获得工艺条件，目前用计算机模拟获得解析扩散方程获得工艺条件，目前用计算机模拟获得 工艺参数。工艺参数。 扩散质量检测扩散质量检测 v工艺参数：结深、杂质分布方块电阻、电阻工艺参数：结深、杂质分布方块电阻、电阻 率率 染色法测结深染色法测结深 阳极氧化测分布函数阳极氧化测分布函数 四探针法测电阻率、方块电阻四探针法测电阻率、方块电阻 v电参数测量电参数测量 I-V曲线曲线 Xj=Lsin 5.6.1结深的测量结深的测量 （染色法测结深）染色法测结深） 原理原理：Si的电极电位低于的电极电位低于Cu，Si能从硫酸铜染色液中把能从硫酸铜染色液中把Cu 置换出来，而

31、且在置换出来，而且在Si表面上形成红色表面上形成红色Cu镀层，又由于镀层，又由于N型型Si 的标准电极电位低于的标准电极电位低于P型型Si的标准电极电位，因此会先在的标准电极电位，因此会先在N 型型Si上先有上先有Cu析出，这样就把析出，这样就把P-N结明显的显露出来。结明显的显露出来。 染色液染色液：CuSO45H2O：48% HF：H2O=5g：2mL：50mL 5.6.2表面浓度的确定 1 j x R 四探针法测电阻率、方块电阻四探针法测电阻率、方块电阻 v四探针法是四探针法是 目前广泛采目前广泛采 用的标准测用的标准测 电阻率方法，电阻率方法， 它具有操作它具有操作 方便，精度方便，精

32、度 较高，对样较高，对样 品的几何形品的几何形 状无严格要状无严格要 求等优点。求等优点。 I V C rrrrI V 23 1 34132412 23 11112 I-V曲线测量曲线测量 v由不良的由不良的pn结反向特性结反向特性I-V曲线了解工艺情况曲线了解工艺情况 5.7扩散工艺的发展扩散工艺的发展 v快速气相掺杂快速气相掺杂(rapid vapor-phase doping RVD)：掺杂剂从气相直接向硅中扩散、并能形 成超浅结的快掺杂工艺。 v气体浸没激光掺杂气体浸没激光掺杂(gas immersion laser doping GILD) 快速气相掺杂快速气相掺杂 vRVD利用快速

33、热处理过程将处在掺杂气氛中的利用快速热处理过程将处在掺杂气氛中的 硅片快速均匀地加热，同时掺杂剂发生反应产硅片快速均匀地加热，同时掺杂剂发生反应产 生杂质原子，杂质原子直接从气态转变为被硅生杂质原子，杂质原子直接从气态转变为被硅 表面吸附的固态，固相扩散，能形成表面吸附的固态，固相扩散，能形成超浅结超浅结。 v杂质分布是非理想的指数形式，类似固态扩散，杂质分布是非理想的指数形式，类似固态扩散， 峰值在表面峰值在表面 v快速气相掺杂在硅片表面不形成含有杂质的玻快速气相掺杂在硅片表面不形成含有杂质的玻 璃层。璃层。 气体浸没激光掺杂气体浸没激光掺杂 vGILD是是高能激光照射处高能激光照射处 于气态源于气态源(PF5或或BF3)中的中的 硅表面，使其表面熔融，硅表面，使其表面熔融， 通过液相扩散（比在固相通过液相扩散（比在固相 快约快约8个数量级），杂质个数量级），杂质 快速并均匀地扩散到整个快速并均匀地扩散到整个 熔化层中。激光照射停止，熔化层中。激光照射停止， 熔体固相外延转变为晶体。熔体固相外延转变为晶体。 由熔体变为晶体的速度非由熔体变为晶体的速度非 常快常快(3ms)。