集成電路制造工藝

--熱擴(kuò)散的基本原理單位：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院微電子教研室擴(kuò)散方法第五章?lián)诫s擴(kuò)散層的質(zhì)量參數(shù)與檢測(cè)離子注入的基本原理擴(kuò)散的基本原理離子注入機(jī)的組成及工作原理離子注入的損傷與退火本章要點(diǎn)擴(kuò)散方法第五章?lián)诫s擴(kuò)散層的質(zhì)量參數(shù)與檢測(cè)離子注入的基本原理擴(kuò)散的基本原理離子注入機(jī)的組成及工作原理離子注入的損傷與退火本章要點(diǎn)§5.1擴(kuò)散的基本原理在高溫下，雜質(zhì)在濃度梯度的驅(qū)使下滲透進(jìn)半導(dǎo)體材料，并形成一定的雜質(zhì)分布，從而改變導(dǎo)電類型或雜質(zhì)濃度。思考：擴(kuò)散的條件？什么是擴(kuò)散？硅原子雜質(zhì)原子雜質(zhì)進(jìn)入半導(dǎo)體后占據(jù)正常的晶格格點(diǎn)，主要是沿著空位向里擴(kuò)散雜質(zhì)種類：P,B,As,Al,Ga,Sb,Ge

雜質(zhì)進(jìn)入半導(dǎo)體后從一個(gè)晶格間隙躍遷到另一個(gè)晶格間隙，逐漸向里擴(kuò)散雜質(zhì)種類：O,Au,Fe,Cu,Ni,Zn,Mg硅原子雜質(zhì)原子一、擴(kuò)散機(jī)構(gòu)：替位式和間隙式替位式擴(kuò)散間隙式擴(kuò)散替位式雜質(zhì)又稱慢擴(kuò)散雜質(zhì)，間隙式雜質(zhì)又稱快擴(kuò)散雜質(zhì)，工藝中作為摻雜一般選擇慢擴(kuò)散雜質(zhì)，工藝容易控制。慢擴(kuò)散雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)快擴(kuò)散雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)形成PN結(jié)。形成一定電導(dǎo)率的電阻。形成晶體管的特定區(qū)域，如：雙極型晶體管的基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電區(qū)；MOS管的源區(qū)、漏區(qū)和多晶硅柵極的摻雜。改變某些材料的機(jī)械性能。NPNP摻雜在半導(dǎo)體生產(chǎn)中的作用擴(kuò)散的三個(gè)概念是雜質(zhì)原子在硅片中擴(kuò)散的條件之一，是指沿硅片厚度方向濃度的變化率用來(lái)表征雜質(zhì)擴(kuò)散快慢的物理量D=D0exp(-ΔE/KT)(阿列尼烏斯公式）單位時(shí)間內(nèi)單位面積上通過(guò)的雜質(zhì)的粒子數(shù)，符號(hào)：J，單位：粒子數(shù)/cm2s濃度梯度擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散雜質(zhì)流密度二、擴(kuò)散規(guī)律擴(kuò)散方程菲克第一定律菲克第一定律反映了雜質(zhì)流密度、濃度梯度、擴(kuò)散系數(shù)三者的關(guān)系負(fù)號(hào)代表從高濃度向低濃度運(yùn)動(dòng)XpSiO2P-SiN菲克第二定律菲克第二定律體現(xiàn)了濃度、距離和擴(kuò)散時(shí)間三者的關(guān)系，是一個(gè)一元二次偏微分方程，要解此方程必須要有兩個(gè)輔加條件一個(gè)稱為邊界條件，一個(gè)稱為初始條件。三種不同擴(kuò)散方式下的擴(kuò)散規(guī)律（1）恒定表面源擴(kuò)散：初始條件：t=0,x>0,C(x,0)=0邊界條件：X=0,t>0,C(0,t)=CS,C(d,0)=0方程的解：在擴(kuò)散過(guò)程中外界始終提供雜質(zhì)源，硅片表面濃度恒定。雜質(zhì)劑量公式Cs：在擴(kuò)散溫度下雜質(zhì)在硅中的最大固濃度；Erfc：余誤差函數(shù)；Q：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量：特征擴(kuò)散長(zhǎng)度特點(diǎn)：表面濃度固定，雜質(zhì)劑量可以調(diào)整恒定源擴(kuò)散雜質(zhì)分布圖固溶度曲線離開(kāi)硅片表面距離雜質(zhì)濃度（2）有限源擴(kuò)散：Q：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量初始條件：邊界條件：方程的解：表面濃度：雜質(zhì)分布圖離開(kāi)硅片表面距離雜質(zhì)濃度特點(diǎn)：表面濃度可調(diào)，雜質(zhì)劑量固定在擴(kuò)散過(guò)程中外界不再提供雜質(zhì)源，擴(kuò)散靠預(yù)先淀積在硅片表面薄層內(nèi)的雜質(zhì)向里推進(jìn)。如果再分布的特征擴(kuò)散長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于預(yù)淀積的特征擴(kuò)散長(zhǎng)度，最終雜質(zhì)分布近似于高斯分布，反之，最終雜質(zhì)分布接近于余誤差函數(shù)分布。特點(diǎn)：表面濃度和雜質(zhì)劑量均實(shí)現(xiàn)可以調(diào)整（3）兩步擴(kuò)散法（3）兩步擴(kuò)散法第一步：利用恒定表面源擴(kuò)散方式在硅片表面淀積一定數(shù)量的雜質(zhì)，稱為預(yù)淀積。第二步：利用有限源擴(kuò)散的方式使淀積在硅片表面的雜質(zhì)向里推進(jìn)形成一定的分布，稱為再分布。1.內(nèi)建電場(chǎng)的影響在擴(kuò)散的高溫下，摻入雜質(zhì)基本處于離化狀態(tài)三、影響擴(kuò)散規(guī)律的其他因素施主雜質(zhì)雜質(zhì)原子正離子+電子受主雜質(zhì)雜質(zhì)原子負(fù)離子+空穴§5.1擴(kuò)散的基本原理從表面到體內(nèi)，雜質(zhì)離子和載流子都存在著濃度梯度，都會(huì)由高濃度向低濃度擴(kuò)散，但由于擴(kuò)散速率不同，造成從表面到體內(nèi)的內(nèi)建電場(chǎng)，此內(nèi)建電場(chǎng)有助于雜質(zhì)的擴(kuò)散，所以構(gòu)成了電場(chǎng)增強(qiáng)因子。B-B-B-B-B-B-E內(nèi)內(nèi)建電場(chǎng)產(chǎn)生示意圖1.內(nèi)建電場(chǎng)的影響Di本征擴(kuò)散系數(shù)ni擴(kuò)散溫度下本征載流子的濃度N摻雜濃度hE電場(chǎng)增強(qiáng)因子當(dāng)N較小時(shí)，內(nèi)建電場(chǎng)影響不大；當(dāng)N較大時(shí)，內(nèi)建電場(chǎng)開(kāi)始產(chǎn)生影響，使擴(kuò)散系數(shù)增大，最大可以是本征擴(kuò)散系數(shù)的2倍。1.內(nèi)建電場(chǎng)的影響現(xiàn)象：發(fā)射區(qū)下的基區(qū)推進(jìn)深度較發(fā)射區(qū)外的基區(qū)推進(jìn)深度大產(chǎn)生原因：在擴(kuò)散層中又摻入第二種高濃度的雜質(zhì)，由于兩種雜質(zhì)原子與硅原子的晶格不匹配