第三章扩散工艺6案例.ppt

第三章 扩散工艺;;3.1 杂质的扩散机构;占据晶体内晶格格点上的正常位置的杂质原子，称替位杂质 替位杂质从一个晶格位置运动到另一个晶格位置上称为替位式扩散 替位杂质的近邻晶格上出现空位，替位杂质才能比较容易的运动到近邻空位上。当近邻没有空位时，通过换位才能实现替位杂质从一个晶格位置运动到另一个晶格位置上，这种换位会引起周围晶格发生很大的畸变，需要相当大的能量，这个过程是难以实现的。 替位杂质的运动同间隙杂质相比一般来说更困难;3.2 扩散系数与扩散方程;3.2.1 菲克第一定律 1855年，菲克（Fick）提出描述物质扩散的第一定律, 他认为,如果在一个有限的基体中存在杂质浓度梯度 ，则杂质将会产生扩散运动，而且扩散方向是指向浓度低的方向。 菲克第一定律： 杂质的扩散流密度正比于杂质浓度梯度 扩散粒子密度J： 单位时间???过单位面积的杂质数 D为扩散系数，单位是cm2/s C(x,t)杂质浓度 负号表示粒子是从浓度高向浓度低处扩散即逆浓度梯度的方向而扩散 ;3.2.2扩散系数D 表征扩散能力的重要参数。 它的数值越大，表示扩散得越快，在相同时间内，在晶体中扩散得越深其数学表达式为： D=D0exp（-△E/kT） 式中 ： △ E扩散过程中的激活能，实际上就是杂质原子扩散时所必须克服的某种势垒。 D0 ：温度T为无穷大时，扩散系数D的表观值。 k ：玻耳兹曼常数，其值为：8.62?10-5ev/0k T：绝对温度（ k）。 ;几种杂质在硅中的D0和?E的数值 ; D=D0exp（-△E/kT）;3.2.3 扩散方程（第二菲克定律） 我们分析一下一维情况下，沿扩散方向，从x到x+△x,面积为△S的一个小体积元内的杂质数量随时间的变化情况。;如果体积元内的杂质不产生也不消失，则（3-10）=（3-11）有 ;3.3 扩散杂质的分布;3.3.1恒定表面源扩散 ;得到方程组：C（0，t）=Cs x=0C（x，0）=0 t=0;恒定表面源扩散在硅片内部形成的杂质分布是余误差函数分布。当表面杂质浓度Cs，杂质扩散系数D，以及扩散时间T确定时，杂质的扩散分布也就确定了. ;恒定表面源扩散的特点;恒定表面源扩散其表面杂质浓度Cs,基本上由该杂质在扩散温度900-1200℃下的固溶度所决定。 固溶度是指杂质在一定温度下能够溶入固体硅中的最大浓度。 在固溶度范围内,随着时间的增长,进入基片的杂质也不断增多 杂质的最大固溶度给杂质扩散的表面杂质浓度Cs设置了上限 900-1200℃固溶度随温度变化不大,很难通过温度控制表面杂质浓度Cs 如果扩散所要求的表面杂质浓度大于某杂质元素在Si中的最大固溶度，那么就无法用这种元素来获得所希望的杂质分布。;2.结深： 如果扩散杂质与衬底原有的导电类型不同，则在两种杂质浓度相等处形成pn结，其结的位置Xj即结深。;3.杂质浓度梯度;3.3.2 有限表面源扩散  如果扩散之前在硅片表面淀积一层杂质，在整个扩散过程中这层杂质作为扩散的杂质源,不再有新源补充，这种扩散方式称有限源扩散。;扩散方程的解和分布曲线;求解可以得有限源扩散方程的解的表达式为： ;有限源扩散的特点;有限表面源扩散表面浓度计算;2.结深;p-n结处梯度为：;两步扩散的意义为什么一般都采用“两步扩散工艺” ;两步扩散的意义;3.5 扩散工艺;液态源扩散装置 ;液态源扩散 硼扩散工艺原理 液态源硼扩散采用的杂质源有：硼酸三甲酯[B（CH3O)3]，硼酸三丙酯[B（CH3CH2CH2O)3]和三溴化硼[BBr3]等，其中用得较多的是硼酸三甲酯。 硼酸三甲酯是无色透明的液体，在室温下挥发性强具有较高的饱和蒸气，本身易水解，生成硼酸和甲醇基反应式如下： B（CH3O）3+3H2O?H3BO3+3（H3OH） 硼酸三甲酯在高温（500℃以上）下，发生热分解 B（CH3O）3?B2O3+CO