chap3 扩散工艺3.3,3.4,3.5.ppt

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。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

2、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,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

3、论值)）,一、二维扩散 一般横向扩散(0.750.85)*Xj(Xj纵向结深),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、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

4、 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+,P,N-,5、发射极推进效应（Emitter Push effect）,六、热氧化过程中的杂质再分布(杂质分凝),硼:m1 砷:m1,七、氧化增强扩散,1 ）OED（ oxidation enhanced ）：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,（12）Si2OI2VSiO22Istress,2）抑制扩散（retarded diffusion）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

5、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.

6、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 2B2O

7、3 + 2N2 900 C 1 h. 通 O2 扩散 2B2O3 + 3Si 3SiO2 + 4B,BN片与硅片大小相当，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)O3 在500 oC 以上分解反应 B(CH3)O3 B2O3 + CO2 + H2O . 2B2O3 + 3Si 3SiO2 + 4B 例： 预淀积: 950 oC 通源 1020 分钟，N2 再分布: 1100 1200 o C干氧湿氧干氧,2）液态源磷扩散 源 三氯氧磷 (POCl3) 600 C 5POCl3 P2O5 + 3PCl5 2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P (向硅中扩散) PCl5难分解，会腐蚀硅，故还要通入少量O2 4PCl5 + 5O2 2P2O5 + 10Cl2 例 ： 预淀积 :1050 C N2 和 O2 再分布: 950 C O2,旋涂掺杂法（spin-on-glass）,用旋涂法在Si表面形成掺杂氧化层，然后在高温下杂质向硅中扩散。 源：As（arsenosilica）；