第三章扩散工艺6介绍.ppt

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+CO2+C+H2O 分解出的三氧化二硼，在900℃左右与硅起化学反应，生成硼原子，并淀积在Si片的表面，其反应为： 2B2O3+Si?3SiO2+4B 此预淀积反应，在Si表面上易形成硼硅玻璃，用还原出来的B原子向硅片内部扩散。 B扩预沉积工艺条件步骤 预沉积条件：炉温为930℃，源温为室温（25℃左右）, 予沉积前先在930℃下通源15-20min，使石英管含硼量达到饱和状态（新处理石英管40-60min） B再分布工艺条件步骤 当炉温升高至预定温度（1180℃）后通干氧20min，以排除管道内的空气，同时加热水溶并使水溶温度达到预定值（95℃）一切就绪后，即可将正片和陪片一起装入石英舟再推入炉子恒温压，先通5min干氧，30min湿氧，最后通5min 干氧。时间到后即可把硅片拉出石英管道。 3.6 扩散层的质量分析与检验 1.结深的讨论与测试 余误差函数分布 高斯函数分布 在工艺生产中，控制扩散工艺条件的主要目的在于控制扩散的杂质分布。具体的说就是控制各次扩散的结深、表面浓度，结深可以直接测量，而表面浓度则是通过对扩散层的薄层电阻和结深推算出来的，因此结深、薄层电阻、表面浓度是评价扩散层质量的三个重要的工艺指标。 一、结深的测量: 磨角法: 1）原理： 它是利用P区和N区在染色上的差异，使P-N结的界面显现出来，测量其结深。当在结面上滴染色液时，由于结两侧的Si与染色液形成微电池，两个极区反应不同，染色也有差异，于是结面被显示出来。 CuSO4+Si→Cu N → 红色 P →无色 2）方法： 先将陪片固定在特别的磨角器上，使Si片磨出一个具有一定角度?(1°～5°)的斜截面，如图所示： （1）测扩散结较深结的方法 Xj=l·sinθ CuSO4+Si→Cu N → 红色 P →无色 推导： 避免θ变化引起误差 （2）测量较浅结方法 采用双光干涉法，只要在硅片表面加一块平板玻璃 （与Si片表面要贴紧）干涉条纹是平板玻璃的下面反射的光线和Si片表面反射光线相干涉所产生的。 m: 条纹数目 λ:光波长 二、薄层（方块）电阻的测量 在半导体器件生产中扩散层薄层电阻是反映扩散层质量符合设计要求与否的重要工艺指标之一。 对应于一对确定数值的结深和薄层电阻，扩散层的杂质分布是确定的，也就是说，把薄层电阻的测量同结深的测量结合起来，我们就能够了解到扩散入硅片内部杂质的具体分布。 因此在晶体管和集成电路生产中，几乎每一次予淀积再分布后都要进行薄层电阻的测试。所以深入地了解薄层电阻的定义，物理意义和测试方法，对我们控制扩散条件和提高产品质量具有十分重要的现实意义。 二、薄层(方块)电阻的测量 1）薄层电阻定义 薄层电阻：表面为正方形的半导体薄层，在电流方向[电流方向平行正方形的边]所呈现的电阻。 扩散层的薄层电阻也称方块电阻，常分别用Rs或R□表示。 由上式可见，薄层电阻的大小与薄层的平均电阻率成正比，与薄层的厚度成反比，而与正方形的边长无关。其单位为欧姆。为了表示薄层电阻不同于一般电阻，其单位常用[欧姆/方块]或?/□表示。 薄层(方块)电阻的物理意义 对于扩散薄层来说，在扩散 方向上各处的杂质浓度C（X）是不相等的，所以载流子的迁移率?的数值也不相同。则扩散薄层的平均电阻率与平均杂质浓度之间关系： 在杂质均匀分布的半导体中，电阻率与杂质浓度之间有如下关系： q：为电子电荷量 ? ：为载流子迁移率 C：为均匀掺杂半导体中杂质浓度 为单位表面积扩散薄层内的净杂质总量 薄层电阻Rs与单位表面积薄层内的净杂质总量成反比。 因此，薄层(方块)电阻的大小直接反映了扩入Si片内部的净杂质总量的多少。薄层电阻越小，表示扩入Si片的净杂质总量越多。反之，扩入Si片的净杂质总量越少。 计算扩散电阻 计算扩散电阻 当计算一条状扩散层一端到另一端的电阻值时，只要将串联的方块数乘上Rs,或用并联方块数去除R