4扩散.ppt

第四章 扩散概述 1.???? 间隙式扩散机构 存在于晶格间隙的杂质，主要是半径小的杂质原子如Li、Na、K、Ar、He、H 。它们在Si中扩散运动是以间隙方式进行的。 2、? 替位式扩散机构 B、P、As、Sb、Al、Ga、Ge等杂质。替位杂质：占据晶格位置的外来杂质。如果替位杂质周围无空位，它必须要互相换位（与晶格上的原子，如B、Si等）才能实现往邻近晶格上运动 4.2 扩散方程 扩散运动 必要条件 重要因素 扩散结果 1、????????? 扩散方程的通解：（数学部分自学） 可得到 无限大物体扩散方程的通解式（3-11） －∞≤x≤∞ 半无限大的物体扩散方程通解，式（3-13）0≤x≤∞ 2、 扩散方程的特解：（数学部分自学） 限定源：书P70（3-20）（3-21）式浓度分布 恒定源：（3-32）浓度分布 扩散杂质分布的特征 （1）?? 恒定表面源扩散（两步法扩散中称为预扩散、预淀积） 边界条件： x＝0时， N（0，t）＝Ns t≥0 x＝∞时， N（∞，t）＝0 初始条件： t＝0时 N（x，0）＝0， x0 例1、制造npn小功率高频管，功率为300mW，频率150MHz，击穿电压VB为150V，最大电流Imax为800mA，电流放大系数β≥50-60，表面电阻为220Ω/ □ 例2、制造npn大功率管，功率为50-100W，频率150KHz，击穿电压VB为800V，最大电流Imax为20A，电流放大系数β≥10-20，表面电阻R 为100-150Ω/ □ A．预扩：在较低温度下如900oC，采用恒定表面源扩散方式，在硅片表面扩散一层数量一定，按余误差函数形式分布的杂质。 B. 主扩：将预扩引入的杂质作为杂质源，在高温下如1250oC，进行扩散。 4.3扩散系数D与杂质浓度的关系 本征扩散系数 Di 非本征扩散系数 Dc 硅中荷电态的空位主要有四种：V0、V+、V-、V2- 如何求扩散系数 例：求As的浓度分别为NAsni和NAs＝1×1019/cm3两种情况下，在1000℃下As在硅中的扩散系数。 扩散中两种特殊效应 电场增强效应:在高温扩散下，掺入到硅中的杂质一般处于电离状态，离化的施主和电子，或离化的受主与空穴将同时向低浓度区扩散。因电子或空穴的运动速度比离化杂质快得多，因而在硅中将产生空间电荷区，建立一个自建场，使离化杂质产生一个与扩散方向相同的漂移运动，从而加速了杂质的扩散。 发射区推进效应:在NPN窄基区晶体管中，若基区和发射区分别扩散B、P，则发射区正下方的内基区要比外基区深，该现象称为发射区陷落效应。为避免此现象发生，发射区应采用As 扩散，或采用多晶硅发射极。 4.4常用杂质在硅中的性质 一、???? 硼在硅中的性质 二、 磷在硅中性质 三、 As在硅中的性质 扩散系统 系统要求：6点 种类：书P77－78 固态源扩散 闭管扩散 开管扩散 箱法扩散 涂源扩散 液态源扩散 气态源扩散 硅中常见杂质的扩散 －、B的扩散 1.源的处理 清洗 活化 试片 2.硅片扩散 清洗（同前） 预淀积 再分布 2、硼的液态源扩散 二、P的扩散 P的固态源扩散 P的液态源扩散 P的气态源扩散 三、As的扩散 四、Sb的扩散 五、Au、Pt的扩散（自学） 扩散层参数的测量 一、扩散层薄层电阻的测量 定义： The End 硅片背面 硅片正面 BN片 * 是微观粒子的一种极为普遍的热运动形式。 是集成电路生产中一步重要工艺。 扩散工艺用于制造PN结，形成隐埋层和隔离区、双极器件中的基区、发射区和集电区、MOS器件中的源区与漏区，扩散电阻、互连引线以及对多晶硅掺杂等。 半导体中的原子是按一定规则连续排列的。杂质原子扩散到半导体中的方式有两种： 半径较小的杂质原子从半导体晶格的间隙中挤进去，即所谓 “间隙式” 扩散； 半径较大的杂质原子代替半导体原子而占据格点的位置，再依靠周围空的格点（即空位）来进行扩散，即所谓 “替位式” 扩散。 对于硅，Au、Ag、Cu、Fe、Ni 等半径较小的杂质原子按间隙式扩散，而 P、As、Sb、B、Al、Ga、In 等半径较大的杂质原子则按替位式扩散。 间隙式扩散的速度比替位式扩散的速度快得多。 4.1 杂质扩散机构 扩散系数D： 大量实验证明，在一维情况下，单位时间内垂直扩散通过单位面积的粒子数，即扩散粒子流密度 J ( x, t )，与粒子的浓度梯度成正比，即所谓 费克第一定律： 式中负号表示扩散是由高浓度处向低浓度处进行；比例常数 D 是粒子的 扩散系数（取决于粒子种类和扩散温度）；D 的大小直接表征着该种粒子扩散的快慢。所以发生扩散的必要条件是扩散粒子具有