第4章__1半导体的高温掺杂.ppt

第四章 半导体的高温掺杂 4.1 扩散现象 扩散模型 扩散是一种物理想象，是因为分子受到热运动的驱动而使物质由浓度高的地方移向浓度低的地方。扩散可以发生在任何时间和任何地方。如香水在空气中扩散；糖，盐在溶液中扩散。 扩散的发生需要的条件：浓度差； 1.热扩散法掺杂 热扩散是最早使用也是最简单的掺杂工艺，主要用于Si工艺。 利用原子在高温下的扩散运动，使杂质原子从浓度很高的杂质源向硅中扩散并形成一定的分布。 氧化扩散炉 扩散炉中的硅片 热扩散步骤 热扩散通常分两个步骤进行： ------预淀积（predeposition） 也称 预扩散 ----推进（drive in）/再分布 预淀积（预扩散） 预淀积:温度低(炉温通常设为800到1100℃),时间短,因而扩散的很浅,可以认为杂质淀积在一薄层内。目的是为了控制杂质总量 即形成一层较薄但具有较高浓度的杂质层。 推进（主扩散） 推进是利用预淀积所形成的表面杂质层做杂质源，在高温下（炉温在1000到1250℃）将这层杂质向硅体内扩散。目的为了控制表面浓度和扩散深度。 通常推进的时间较长，推进是限定表面源扩散过程。 二维扩散（横向扩散） 替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位置 1.恒定表面源扩散：恒定源扩散过程 实际是预淀积过程 2.有限源扩散： 有限表面源扩散 实际上是杂质的再分布（驱入） 扩散过程中，硅片表面杂质浓度始终不变这种 类型的扩散称为恒定表面源扩散。 扩散前在硅片表面先淀积一层杂质，在整个过程中，这层杂质作为扩散源，不再有新源补充，杂质总量不再变化,杂质来自扩散前表面淀 积的一薄层中的杂质原子。这种类型的扩散称为有限表面源扩散 一、液态源扩散 二、固态源扩散 一、 液态源扩散 液态源扩散是指杂质源为液态，保护性气体把杂质源蒸汽携带入石英管内，杂质在高温下分解，并与衬底表面的硅原子发生反应释放出杂质原子，然后以原子的形式进入硅片内部，从而形成PN结。 1.液态源硼扩散 杂质源为硼酸三甲酯，硼酸三丙酯，三溴化硼 硼酸三甲酯在500℃以上分解 B(OCH3)3?B2O3+CO2+H2O+… 三氧化二硼在900 ℃左右与硅反应生成硼原子，淀积在硅片表面2B2O3 ＋3Si?3SiO2+4B 液态源扩散－－常用POCl3，在氮气携带下（加入少量氧气），把杂质源通入石英管内 4POCl3 ＋ 3O2 ==2P2O5 ＋6Cl2 2P2O5＋ 5Si =5Si O2＋4P 4.3 扩散层参数测量 扩散参数测量主要指扩散薄层电阻、扩散结深的测量 指一个正方形的薄膜导电材料边到边“之”间的电阻，如图所示 2.方块电阻测量 4.3.2 结深(xj)计算和测量 1.结深的定义 xj : 当 x = xj 处 Cnx(扩散杂质浓度) = Cb (本体浓度) 扩散常用杂质源 扩散制程的缺点 它不能很好的控制掺杂浓度和结面深度。 由于扩散是一种等向过程，因此掺杂物总是会扩散到遮蔽氧化层底下的部分，即产生横向扩散。当使用较小的图形尺寸时，扩散掺杂会造成相邻接面短路。 因此，当离子注入法在70年代中期被引入后，迅速的取代了扩散制程。 第四章复习 扩散 diffusion 掺杂的两种方法是？ 扩散的三个步骤及每步的作用？ 2个扩散模型及特点？扩散的分类及特点？ 扩散的2个参数？各与什么因素有关？热扩散存在的问题？ 4.3 扩散方法 2.液态源磷扩散 二、 固态源扩散 1.方块电阻定义：如果扩散薄层为一正方形，其长度（边长）都等于L,厚度就是扩散薄层的深度（结深），在单位方块中，电流从一侧面流向另一侧面所呈现的电阻值，就称为薄层电阻，又称方块电阻，单位是?/□ 4.3.1 扩散薄层电阻 又称方块电阻，数值反应出硅中所掺杂质总量。 故扩散结束后要测量此参数 根据R＝ρL/S，得RS= ρL/Lxj= ρ/xj 方块电阻与方块的尺寸无关,仅与扩散结深(扩散薄层的深度:扩散形成的pn结的深度)xj及杂质浓度有关 2. 物理意义 薄层电阻的 大小直接反映了扩散入硅内部的净杂质总量 q 电荷，? 载流子迁移率，n 载流子浓度 假定杂质全部电离 载流子浓度 = 杂质浓度 n = N