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芯片制造工艺 掺杂 扩 散 和 离 子 注 入 主 要 内 容 5.1 概述 5.2 扩散 5.3 离子注入掺杂 5.4 掺杂质量评价 5.5 实训 扩散工艺规程 为了在硅片内部指定区域得到选择性掺杂，核心步骤为： （1） 在硅片表面生长一层二氧化硅层。该二氧化硅层除了保护硅片表面和绝缘外，其关键是作为掺杂杂质的阻挡层。二氧化硅层将阻挡掺杂原子进入硅表面。 （2） 在硅片表面的二氧化硅层上确定“窗口”（window）。该窗口的大小和形状对应于需要的掺杂区域。 （3） 用腐蚀剂去掉窗口内的二氧化硅，但不除去硅，使窗口的硅表面暴露在外。 （4） 把整个硅片置于掺杂源下，通过扩散或离子注入使掺杂原子进入二氧化硅未覆盖的区域中，从而改变硅的杂质性质。 5.1 概述 掺杂是指将需要的杂质原子掺入到特定的半导体区域中，用于对衬底基片进行局部掺杂。以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触的目的。 扩散和离子注入 5.2 扩散 扩散是微电子工艺中最基本的工艺之一，是在约1000℃的高温、p型或n型杂质气氛中，使杂质向衬底硅片的确定区域内扩散，达到一定浓度，实现半导体定域、定量掺杂的一种工艺方法，也称为热扩散。 在集成电路发展初期是半导体器件生产的主要技术之一。但随着离子注入的出现，扩散工艺在制备浅结、低浓度掺杂和控制精度等方面的巨大劣势日益突出，在制造技术中的使用已大大降低。 扩 散 机 理 掺杂剂在半导体中的扩散可以看成是： 杂质原子在晶格中以空位或间隙原子形式进行的原子运动。 5.2.1 间隙扩散 原子半径比硅小的杂质原子在硅片中不占据格点位置，只是从一个位置移动到另一个位置 5.2.2 替位（空位）扩散 高温下，晶格处原子在平衡格点作热振动，它有一定几率获得足够的能量，离开格点，形成空位，即空格点。临近的杂质原子移动到空位上，而逃逸出来的原子进入间隙或跑到晶片表面 离子注入的前景 随着科技的发展，特别是半导体向微型方向发展，离子注入技术将会得到更加广泛的应用。但是作为工艺，离子注入技术还有很有方面需要改进 诸如，退火技术还不够理想； 再者其存在对材料表面的损伤； 高浓度掺杂受限； 生产无法大批生产…… 这些都是需要改进的，今后的离子注入技术的发展将依赖于这些方面的提高。 5.4 掺杂质量评价 5.4.1 扩散掺杂工艺质量评价 （1）掺杂的浓度是否在规定的范围之内。一般扩散掺杂的精度在8％～10％。要是一个发射极扩散工艺的薄层电阻Rs范围是（15±1.5）Ω/□，那么，扩散后实测样片的薄层 电阻Rs阻值应在13.5～16.5Ω/□之间，超出这个范围就按超规范处理。 （2）掺杂浓度的片内均匀性和片间均匀性。通常要求片内、片间均匀性不大于10％.如果测得一个片子内部（上、中、下）3点的均匀性大于10％，也按常规处理。 （3）表面质量。好的扩散掺杂后的硅片，表面应该是光亮的，层次着色是一致的。如果表面出现发花、划道、裂纹、碎片等异常现象，说明扩散掺杂是有问题的，是不符合质量要求的。 5.4.2 离子注入掺杂工艺质量评价 （1）掺杂的浓度是否在规定的范围之内。 （2）掺杂浓度的片内均匀性和片间均匀性。 （3）表面质量。 （4）是否有沟道效应。 （5）是否有沾污。 5.5 实训 扩散工艺规程 5.5.1 准备工作 （1）检查冷却水是否到位，压力应在0.2Mpa以上。 （2）做好源柜系统的准备工作（检查氧气0.4Mpa、氮气0.3Mpa、压缩空气0.5Mpa是否达到标准），检查源瓶、管路是否有泄露。 （3）确认总电源开启。 （4）开启源恒温水浴槽（因为有的恒温槽可以在上电的时候自动开启，有的不能自动开启，所以打开总电源后要做检查，确保所有恒温槽的电源开启），设定温度应在20?C，显示水温高于20?C时，压缩指示灯亮，显示水温低于20?C时，加热指示灯亮，当稳定于20?C时，压缩指示灯亮并且加热指示灯按固定频率闪烁，有异常情况及时报告本工段负责人。 （4）按下控制柜下的“抽风”按钮，确认抽风系统工作正常。 （5）按下控制柜上的“上电开”按钮，控制柜上的工控机启动，待电脑启动正常后，打开大氮（流量为10L/min），按下“加热开”按钮，炉体开始加热，运行十三号工艺，检查气体流量是否正常，运行完工艺后的炉子既可以运行下一步的扩散工艺。 （6）按需求修改扩散工艺程序。 （7）确认扩散炉控制系统工作正常，程序符合现做工艺要求。 （8）确认投入作业的硅片、石英舟等符合工艺要求。 5.5.2 操作过程 （1）在净化工作台上，用镊子将硅片装在石英舟上。 （2）退SiC桨至后限位。 （3） 检查均流板、隔热板是否在规定的位置，位置