微细加工（微电子工艺）3.ppt

二、结深的测量 测量结深的方法主要有 磨角法、磨槽法 和 光干涉法。 1、磨角染色法 将扩散片磨成斜角（1? ~ 5?），用染色液进行染色以区分 N 区和 P 区的界面。常用的染色液是浓氢氟酸加 0.1 ~ 0.5 体积的浓硝酸的混合液。最后通过下面的公式可求出结深， 2、磨槽染色法 适用于测量浅结。 式中，R 是磨槽圆柱体的半径，a 和 b 由显微镜测出。若 R 远大于 a 和 b，则上式可近似为 3、光干涉法 三、杂质浓度分布的测量 测量杂质浓度分布的方法主要有 电容法、扩展电阻法、剥层法 和 扫描电容显微法 等。 电容法 单边突变结的势垒电容为 将上式对电压求导，可解出杂质浓度分布为 扩展电阻法 探针 * 第 3 章 扩 散 “扩散” 是一种基本的掺杂技术。通过扩散可将一定种类和数量的杂质掺入硅片或其它晶体中，以改变其电学性质。掺杂可形成 PN 结、双极晶体管的基区、发射区、隔离区和隐埋区、MOS 晶体管的源区、漏区和阱区 ，以及扩散电阻、互连引线、多晶硅电极等。 在硅中掺入少量 Ⅲ 族元素可获得 P 型半导体，掺入少量Ⅴ族元素可获得 N 型半导体。掺杂的浓度范围为 1014 ~ 1021 cm-3，而硅的原子密度是 5 ×1022 cm-3，所以掺杂浓度为 1017 cm-3 时，相当于在硅中仅掺入了百万分之几的杂质。 掺杂技术的种类 扩散 离子注入 中子嬗变 3.1 一维费克扩散方程 本质上，扩散是微观粒子作不规则热运动的统计结果。这种运动总是由粒子浓度较高的地方向着浓度较低的地方进行，从而使得粒子的分布逐渐趋于均匀。浓度差越大，温度越高，扩散就越快。 费克第一定律：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，即扩散粒子的流密度 J ( x , t ) ，与粒子的浓度梯度成正比，即 ， 式中，负号表示扩散由高浓度处向着低浓度处进行。比例系数 D 称为粒子的 扩散系数，取决于粒子种类和扩散温度。典型的扩散温度为 900℃~1200℃。D 的大小直接表征着该种粒子扩散的快慢。 将费克第一定律 针对不同边界条件和初始条件可求出方程的解，得出杂质浓度 N ( x , t ) 的分布，即 N 与 x 和 t 的关系。 上式又称为 费克第二定律。 假定杂质扩散系数 D 是与杂质浓度 N 无关的常数，则可得到杂质的 扩散方程 代入 连续性方程 3.2 扩散的原子模型 杂质原子在半导体中进行扩散的方式有两种。以硅中的扩散为例，O、Au、Cu、Fe、Ni、Zn、Mg 等不易与硅原子键合的杂质原子，从半导体晶格的间隙中挤进去，即所谓 “填隙式” 扩散；而 P、As、Sb、B、Al、Ga、In 等容易与硅原子键合的杂质原子，则主要代替硅原子而占据格点的位置，再依靠周围空的格点（即 空位）进行扩散 ，即所谓 “替位式” 扩散。填隙式扩散的速度比替位式扩散快得多。 其中 Ea0 、Ea- 等代表 扩散激活能，D00、D0- 等代表与温度无关的常数，取决于晶格振动频率和晶格几何结构。 对于替位式杂质，不同带电状态的空位将产生不同的扩散系数，实际的扩散系数 D 是所有不同带电状态空位的扩散系数的加权总和，即 式中，ni 代表 扩散温度下 的本征载流子浓度；n 与 p 分别代表扩散温度下 的电子与空穴浓度，可由下式求得 1、恒定表面浓度扩散 式中，erfc 代表余误差函数； 称为特征扩散长度。 由上述边界条件与初始条件可求出扩散方程的解，即恒定表面浓度扩散的杂质分布情况，为 余误差函数分布， 3.3 费克定律的分析解 边界条件 1 N（0 , t ）= NS 边界条件 2 N（∞, t ）= 0 初始条件 N（x , 0 ）= 0 在整个扩散过程中，杂质不断进入硅中，而表面杂质浓度NS 始终保持不变。