扩散工艺培训课件(74页).ppt

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章扩散工艺 ; 掺杂技术就是将所需要的杂质,以一定的方式(合金、扩散或离子注入等)加入到硅片内部,并使在硅片中的数量和浓度分布符合预定的要求。利用掺杂技术,可以制作P-N结、欧姆接触区、IC中的电阻、硅栅和硅互连线等等。; 合金法是早期产生半导体器件常用的形成p-N结的方法。自从硅平面技术问世以后,合金法已经被扩散法取代了。扩散技术是一种制作P-N结的好方法。随着集成电路的飞速发展,扩散工艺已日臻完善,其设备和操作也大多采用电子计算机进行控制了。; 扩散是微观粒子的一种极为普遍的热运动形式,运动结果使浓度分布趋于均匀。 集成电路制造中的固态扩散工艺,是将一定数量的某种杂质掺入到硅晶体或其他半导体晶体中去,以改变电学性质,并使掺入的杂质数量、分布形式和深度等都满足要求。 ; 扩散是向半导体中掺杂的重要方法之一,也是集成电路制造中的重要工艺。 目前扩散工艺以广泛用来形成晶体管的基极、发射极、集电极,双极器件中的电阻,在MOS制造中形成源和漏、互连引线,对多晶硅的掺杂等 ; 离子注入是目前VLSI优越的掺杂工艺。就目前我国升昌集成电路来看,离子注入不能说完全代替了扩散工艺,但至少许多原来由扩散工艺所完成的加工工序,都已经被离子注入取代了,这是时代发展的必然结果。 ;§3.1 杂质扩散机构;; 3、间隙杂质要从一个间隙位置运动到相邻的间隙位置上,必须要越过一个势垒,势垒高度Wi一般为0.6~1.2ev。 4、间隙杂质只能依靠热涨落才能获得大于Wi的能量,越过势垒跳到近邻的间隙位置上。 5、跳跃率:Pi=v0e-wi/kT 温度升高时Pi指数地增加。;二、替位式扩散 1、替位杂质:占据晶格位置的外来原子。 2、替位式扩散:替位杂质从一个晶格位置到另一个晶格位置上。只有当替位杂质的近邻晶格上出现空位,替位杂质才能比较容易地运动到近邻空位上。运动如下图所示。 3、替位杂质运动比间隙杂质更困难,首先要在近邻出现空位,同时还要依靠热涨落获得大于势垒高度Ws的能量才能实现替位运动。 4、跳跃率Pv=v0e-(Ws+Wv)/kT Wv表示形成一个空位所需能量。 ;; §3.2 扩散原理(即扩散系数和扩散方程);扩散时质量守衡,J随时间变化与随空间变化相同--连续性方程;考虑施加恒定电场E时:;二. 扩散系数;1.扩散系数与温度有关:如上图;2. 扩散工艺激活能?E, ? 间隙扩散物质:如He, H2, O2, Au, Na, Ni, Cu, Fe。?E在0.2~2.0eV之间 ? 替位扩散物质:如B, As, P, Sb ? E 在 3~4 eV之间;§3.3 扩散杂质的分布;; 2. 有限表面源扩散 扩散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高斯函数分布 ;;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;§3.4 影响杂质分布的其他因素(实际杂质分布(偏离理论值));;2、杂质浓度对扩散系数的影响;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。;3、电场效应;4、发射区推进效应;5、热氧化过程中的杂质再分布 (杂质分凝);6、氧化增强扩散;7、硅片晶向的影响;§3.5 扩散工艺;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;;;液态源扩散--常用POCl3;影响扩散参量的因素;§3.3 扩散杂质的分布;; 2. 有限表面源扩散 扩散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高斯函数分布 ;;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;§3.4 影响杂质分布的其他因素(实际杂质分布(偏离理论值));;2、杂质浓度对扩散系数的影响;其中Di0 、 Di+(p/ni)、 Di

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