微电子工艺原理与技术 第2篇 单项工艺1 第3章 扩散.ppt

7.常用杂质的扩散系数 硼在硅中的扩散 特点： 1. 空位以替位方式扩散； 2. 只有中性空位和带正1价的空位对扩散有贡献； 3. 掺杂浓度低于1020/cm3的扩散率与本征扩散率一 致； 4. 掺杂浓度高于1020/cm3的扩散率急剧下降，并不能 完全替位。 硼在硅中的扩散分布 砷在硅中的扩散 特点： 空位替位方式扩散； 以中性空位和负1价空位为载体扩散； 中、低掺杂浓度的扩散率与本征扩散率一致； 4.高浓度掺杂扩散由于电场增强效应使后沿陡峭， 由于产生填隙型团聚使扩散分布的顶部变平。 砷在硅中的扩散分布 磷在硅中的扩散 特点： 空位替位方式扩散； 分布曲线在高浓度区、低浓度区和转折区扩散率差异较大； 高浓度区的扩散率由中性磷原子和中性空位交换的 扩散率和正1价P离子和负2价空位组成的(PV)-1离子空位对的扩散率共同决定； 转折区离子空位对大量分解，产生过剩空位浓度，使扩散率大大提高； 低浓度区的扩散机理与高浓度区类似。 磷在硅中的扩散分布 锌在GaAs中的扩散 特点： （锌是GaAs常用的P型杂质） 空位替位型扩散加空位-填隙型扩散结合； 空位-填隙型扩散由以替位型Zn-离子与中性空位交换的慢扩散，和以带正电的填隙型Zn+离子的快扩散组成； 填隙型Zn+离子可以与Ga空位结合，失去两个空穴变成Zn-离子，使扩散速率降低； 4.用带负电的替位型Zn-离子与带正电的填隙型Zn+离子的结合，考虑该离子对的扩散，可以成功地修正扩散区尾部的分布。 锌在GaAs中的扩散分布 硅在GaAs中的扩散 特点：（硅是GaAs的常用N型杂质） 1. Si可以对As替位成P型杂质，也可以对Ga替位成 N 型杂质，两种晶格位置上Si原子的差就是载流子浓 度； 2. 高浓度时，SiGa-SiAs 杂质原子对与相邻空位交换扩散， 扩散率随杂质浓度线性增加； 3. 在快速退火时的扩散率，必须考虑电荷效应，SiGa+原子通过与不带电的或带三个负电荷的Ga空位交换扩散。 硅在GaAs中的扩散分布 8.扩散分布的分析和测量方法 四探针测量 (方块电阻、电阻率、导电类型) 范德堡图形测量 (方块电阻) 霍尔测量 （迁移率、导电类型） 扩展电阻法测量 （电阻率、载流子分布） 染色法测量 （结深） 6. 干涉显微镜测量 （结深） 7. 二次离子质谱（SIMS）测量 （杂质分布） 8. 卢瑟福背散射（RBS）测量 （杂质含量） 通常对掺杂层表征的主要性能有： 1. 导电类型； 2. 掺杂层的平均电阻率； 薄层电阻定义为平均电阻率除以结深。表 示每个方块的欧姆数。Ω/□ 载流子分布； 5. 结深； 杂质分布； 掺杂层的表征： 四探针测量 薄层电阻： 当探针间距远大于结深 应用物理专业实验室四探针 适用晶片尺寸：2-4英寸电阻率（Ω·cm）：6E-3～5E4 测量精度： （1～100）Ω·cm ≤±3％， 高阻、低阻≤±5％ 薄层电阻（Ω/□）：1E-1～ 9E5测量精度： （1～1000）Ω/□ ≤±3％， 高阻、低阻≤±5％ 金属电阻（Ω）：3E-2～2E5 测量精度：≤±3％ 北京建中D41-11C/ZM 四探针 主要指标: 范德堡图形测量 修正因子F（Q） 在图形为正方对称时选1 对四个脚做不同的四次I、V测量，薄层电阻为： 1 2 3 4 磨角染色法测量 Si染色液配方： 1 ：3 ：10 = HF ：HNO3 ：C2H4O2 GaAs染色液配方： 1 ：1 ：10 = HF ：H2O2 ：H2O 霍尔测量 罗仑兹力 电场力 霍尔电压 霍尔电流： b d 霍尔系数： 霍尔测量仪 干涉显微镜测量 上海光学仪器厂6JA干涉显微镜 扩展电阻法测量 硅国际公司 SSM-350 扩展电阻仪? * * 微电子工艺原理与技术 （09研究生） 第二篇 单项工艺1 第三章 扩散 主要内容 掺杂目的； 掺杂方法及选择； 扩散规律-费克定律； 扩散的原子模型； 预淀积和推进的扩散长度计算； 常用杂质的扩散系数； 扩散分布的分析和测量方法； SiO2中的杂质扩散； 扩散系统； 10.理论模拟。 掺杂示意 掺杂示意 两种典型的扩散方式 预淀积 推进 形成有源区，如：P+，N+； 高浓度 2. 形成PN结，如： PN结隔离， P阱或N阱；中 高 3. 调节开启电压，如：沟道阈值和场开启调节；低 形成无源器件，如：电阻； 高、中、低 5. 调节接触功函数， 如：多晶硅掺杂； 高 6. 调节腐蚀速率， 如：BSG，