项目三任务一：扩散工艺的目的与原理讲述.pptx

扩散氧化工艺原理 扩散工艺原理 扩散原理 扩散运动是一种微观粒子的热运动，只有存在浓度梯度时，这种热运动才能形成。扩散运动其实是十分复杂的运动，只有当杂质浓度和位错密度低时，扩散运动才可以用恒定扩散率情况下的菲克扩散定律来描述为： J（x，t）=-D×dN(x,t)/dx 式中 J—单位时间内杂质原子扩散量； 式中 dN(x,t)/dx—杂质浓度梯度（即沿x方向杂质浓度变化率） D—杂质扩散系数 扩散系数D是描述杂质扩散运动快慢的一个物理量，它与扩散温度、杂质种类、扩散气氛、衬底晶向等多种因素有关。负号表示扩散方向与浓度增加方向相反，即沿着浓度下降的方向。 在此说明一下，上式是假定在一维空间中，即J只是x和t的函数。 扩散方程 恒定表面浓度扩散---余误差分布 N(x,t)=N0erfc x/2(Dt)1/2 　　　　　　恒定表面源扩散的杂质分布 扩散方程 有限源表面浓度扩散---高斯分布 N(x,t)=Q/(ΠD’t’)1/2e-x2/4D’t’　 　　　　　　Q---表面杂质总量 　 　　　　　　有限表面源扩散的杂质分布 扩散方法 　扩散方法多种多样，生产上常用的有以下几种方法： 液态源扩散 固态源扩散 乳胶源扩散 　其他还包括箱法扩散，固固扩散，金扩散等扩散方法。 扩散的均匀性和重复性 在大量的生产过程中，扩散的均匀性和重复性十分必要，否则，半导体器件、集成电路的离散性就很大。在生产中经常发现同一批号的器件（同一炉扩散出来），方块电阻差别很大，特别在低浓度扩散时，这种现象比较严重。这就是扩散的均匀性问题．如果在同样的工艺条件下，每一炉的扩散结果都有差别，这就是扩散的重复性问题。 均匀性 扩散不均匀有三个原因。首先是衬底材料本身存在差异．如果同一批外延片中存在电阻率和厚度不均匀，那么在这一批外延片上进行扩散，其方块电阻和杂质浓度肯定会有不同。解决这个问题，当然在于解决趁底材料的均匀性问题，尽量选择参数一致的材料同时进行扩散。 其次是恒温区有变化（或太短）。如果恒 均匀性 　温区短，会使石英舟各处温度有差异，从而造成扩散结果不均匀；如果恒温区变化未及时调整，同样会出现这个问题。因此，在我们日常的生产过程中要经常测量恒温区的，并且恒温区制得特别长。 第三是杂质的蒸汽压的影响。如果石英舟上各处的杂质蒸汽压不均匀，也会使得扩散结果不均匀。如携带杂质源的Ｎ２流量太小，而保护性Ｎ２流量又过大。或者石英管 均匀性 粗细不均匀使得石英舟上各处的杂质蒸汽压不一致。改进办法是在进气端安装一个气体混合室，使得保护性气体和携带源的气体混合后进入气体反应室。对于片状的扩散源，要让片状源和硅片之间的间距完全相同。 重复性 重复性不好是由于各炉次的工艺条件存在一些起伏而引起。如刚清洗的石英管和使用久了的石英管，如果用同样的工艺条件，其结果是会有一些差别的。因为刚清洗过的石英管会吸收大量杂质，而使用久了的石英管吸收杂质已达到饱和状态。此外，源温、流量、材料、扩散温度等都会有些微小的起伏，造成扩散重复性不好。 扩散工艺的主要参数 1结深 比较关键，必须保证正确的温度和时间； 2扩散方块电阻 注入能量和剂量一定后,表面浓度主要受制于推结程序的工艺过程,如高温的温度、工艺的时间、氧化和推结的前后顺序； 现行的主要控制参数 3膜厚 主要为光刻对位提供方便,同时会改变园片表面的杂质浓度； 影响扩散的工艺参数 1 温度 易变因素，决定了扩散系数的大小，对工艺的影响最大。 2 时间 一般不易偏差，取决于时钟的精确度。 3程序的设置 先氧化后推结与先推结后氧化得出的表面浓度就不同，因此，方块电阻就会有很大的差别。 4 排风 气体流量 排风：对炉管的片间均匀性，尤其是炉口有较大的影响。 气体流量：气体流量的改变会影响氧化膜厚，从而使表面浓度产生变化，直接影响器件的电参数. 扩散工艺的控制要点 1拉恒温区控制温度、2校流量控制气体、3监控风量控制排风4双确认控制工艺程序、5固定排片方式、片间距等 防止引入沾污，清洗硅片、石英舟、炉管等 工艺控制手段：前馈方式试片（陪片），使用假片等 热氧化工艺原理 热氧化法是在高温下（900℃-1200℃）使硅片表面形成二氧化硅膜的方法。热氧化的目的是在硅片上制作出一定质量要求的二氧化硅膜，对硅片或器件起保护、钝化、绝缘、缓冲介质等作用。硅片氧化前的清洗、热氧化的环境及过程是制备高质量二氧化硅膜的重要环节。 2. 1氧化层的作用 2．1．1用于杂质选择扩散的掩蔽膜 常用杂质(硼,磷,砷等)在氧化层中的扩散系数远小