第2章_扩散.ppt

* * * * * * * 扩散开始时，表面放入一定量的杂质源，而在以后的扩散过程中不再有杂质加入。假定扩散开始时硅片表面极薄一层内单位面积的杂质总量为 QT ，杂质的扩散长度远大于该层厚度，则杂质的初始分布可取为 ? 函数，扩散方程的初始条件和边界条件为 这时扩散方程的解为中心在 x = 0 处的 高斯分布 2、恒定杂质总量扩散 恒定杂质总量扩散的主要特点 （1）在整个扩散过程中，杂质总量 QT 保持不变； （2）扩散时间越长，扩散温度越高，则杂质扩散得越深； （3）扩散时间越长，扩散温度越高，表面浓度 NS 越低，即表面杂质浓度可控。 第一步恒定表面浓度扩散，淀积到硅片上的杂质总量为 D2 代表再分布温度下的杂质扩散系数，t2 代表再分布时间。再分布后的表面杂质浓度为 D1 代表预淀积温度下的杂质扩散系数，t1 代表预淀积时间，NS1 代表预淀积温度下的杂质固溶度。若预淀积后的分布可近似为δ 函数，则可求出再分布后的杂质浓度分布为 还可求出再分布后的结深。设衬底杂质浓度为 NB ， 即可解得 令 掺杂分布控制： 前面得出的扩散后的杂质分布是采用理想化假设的结果，而实际分布与理论分布之间存在着一定的差异，主要有： 1、二维扩散（横向扩散） 3.3 简单理论的修正 实际扩散中，杂质在通过窗口垂直向硅中扩散的同时，也将在窗口边缘沿表面进行横向扩散。考虑到横向扩散后，要得到实际的杂质分布，必须求解二维或三维扩散方程。横向扩散的距离约为纵向扩散距离的 75% ~ 80% 。由于横向扩散的存在，实际扩散区域大于由掩模版决定的尺寸，此效应将直接影响到 VLSI 的集成度。 　　2、杂质浓度对扩散系数的影响 前面的讨论假定扩散系数与杂质浓度无关。实际上只有当杂质浓度比扩散温度下的本征载流子浓度 ni(T) 低时，才可认为扩散系数与掺杂浓度无关。在高掺杂浓度下各种空位增多，扩散系数应为各种电荷态空位的扩散系数的总和。 　　3 、电场效应 高温扩散时，掺入到硅中的杂质一般处于电离状态，电离的施主和电子，或电离的受主与空穴将同时向低浓度区扩散。因电子空穴的运动速度比电离杂质快得多，因而在硅中将产生空间电荷区，建立一个 自建场，使电离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 。 值在 0 到 1 之间，与杂质浓度有关。 4、发射区陷落效应 在基区宽度极薄的 NPN 晶体管中，若发射区扩散磷，则发射区正下方的内基区要比外基区深，这种现象称为发射区陷落效应。为避免此效应的发生，发射区可采用砷扩散，或采用多晶硅发射极。 3.4 常见杂质的扩散系数 硼：浓度在 1020cm-3 以下时，硼的扩散系数中以 D+ 为主，与杂质浓度的关系不大 。浓度超过 1020cm-3 后，有些原子将处于填隙位置 ，或凝结成团，使硼的扩散系数在这个浓度范围内降低。 砷：浓度在 1020cm-3 以下时，砷的扩散系数中以 D0 和 D- 为主。浓度超过 1020cm-3 后，有些原子也将处于填隙位置。 砷在硅中的扩散系数较低，因此常用于浅结扩散中，例如亚微米 NMOS 的源漏区扩散和微波双极晶体管的发射区扩散 。此外，高浓度下填隙原子的增多使扩散分布的顶部变得平坦，高浓度下砷扩散的电场增强效应很明显，这又使得扩散分布的前沿非常陡。结果使砷扩散的分布呈矩形的所谓 箱形分布，这也有利于浅结扩散。 磷：磷的扩散系数比砷高得多，而且扩散分布比较平缓，因此不利于形成浅结。磷扩散可用于较大尺寸 NMOS 的源漏区扩散和低频双极晶体管的发射区扩散；在大功率 MOS 器件中对漏区进行磷扩散可降低漏附近的电场强度；在大规模集成电路中，磷扩散主要用于阱区和隔离区。 二、结深的测量 测量结深的方法主要有 磨角法、磨槽法（滚槽