微电子工艺(4)-PRINT

1、第第5 5章章 扩散扩散微电子工艺微电子工艺441第第5 5章章 扩散扩散扩散是微电子工艺中最基本的平面工艺之一，扩散是微电子工艺中最基本的平面工艺之一，是在是在约约10001000的高温、的高温、p p或或n n型型杂质杂质气氛中，气氛中，使杂质向衬底硅片的确定区域内扩散，达到一使杂质向衬底硅片的确定区域内扩散，达到一定浓度，实现半导体定浓度，实现半导体定域、定量掺杂定域、定量掺杂的一种工的一种工艺方法，也称为热扩散。艺方法，也称为热扩散。 目的是通过目的是通过定域定域、定量定量扩散掺杂改变半导体导扩散掺杂改变半导体导电类型，电阻率，或形成电类型，电阻率，或形成PNPN结。结。2内容题要内容

2、题要5.15.1 扩散机构扩散机构5.25.2 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程 5.35.3 杂质的扩散掺杂杂质的扩散掺杂5.45.4 热扩散工艺中影响杂质分布的其它因素热扩散工艺中影响杂质分布的其它因素5.55.5 扩散工艺条件与方法扩散工艺条件与方法5.6 5.6 扩散工艺质量与检测扩散工艺质量与检测5.7 扩散工艺的发展扩散工艺的发展35.1 5.1 扩散机构扩散机构扩散本质上是物质内扩散本质上是物质内质点质点（指各种微观粒子）运动的基本（指各种微观粒子）运动的基本方式，当温度高于绝对零度时，任何物系内的质点都在作方式，当温度高于绝对零度时，任何

3、物系内的质点都在作热运动，热运动，温度温度越高，热运动越激烈，扩散现象越严重。越高，热运动越激烈，扩散现象越严重。晶体扩散是通过微观粒子一系列随机跳跃来实现的，这些晶体扩散是通过微观粒子一系列随机跳跃来实现的，这些跳跃在整个三维方向进行，主要有三种方式：跳跃在整个三维方向进行，主要有三种方式：5.1.1替位式扩散替位式扩散5.1.2间隙式扩散间隙式扩散5.1.3 间隙间隙替位式扩散替位式扩散45.1.1 替位式扩散替位式扩散 硅中替位式扩散硅中替位式扩散杂质杂质：As， Al，Ga，Sb，Ge替位原子的运动一般替位原子的运动一般是以近邻处有空位为是以近邻处有空位为前提前提B B，P P一般作为

4、替代式一般作为替代式扩散杂质，实际情况扩散杂质，实际情况更复杂，是推替式扩更复杂，是推替式扩散散替位式扩散速率慢替位式扩散速率慢5硅中替位式扩散（硅中替位式扩散（substitutional）示意）示意5.1.1 替位式扩散替位式扩散 )/kTW(WvsevP0 产生替位式扩散必需存在空位，产生替位式扩散必需存在空位， 晶体中空位平衡浓度相当低晶体中空位平衡浓度相当低 室温下，替位式扩散跳跃率约每室温下，替位式扩散跳跃率约每1045年一次年一次空位浓度空位浓度kTWvNen/Ws6/kTWeNn:各点出现空位概率/kTWssevW0:概率垒杂质依靠热张落跳过势跳跃率：跳跃率：5.1kT:平均振

5、动能，室温时为平均振动能，室温时为0.026eVv0：振动频率，振动频率，1013-1014/seV43 svWW晶体中间隙式扩散（晶体中间隙式扩散（interstitial）示意）示意硅中填（间）隙式扩硅中填（间）隙式扩散杂质主要是碱金属散杂质主要是碱金属和过渡元素，如：和过渡元素，如：O，Au，Fe，Cu，Ni，Zn，Mg填（间）隙式扩散速填（间）隙式扩散速率快率快5.1.2 间隙式扩散间隙式扩散75.1.2 间隙式扩散间隙式扩散Wi=0.6-1.2eV8 按照玻尔兹曼统计规律，获得大按照玻尔兹曼统计规律，获得大于于Wi的几率正比于的几率正比于exp(-WikT)kTWievP/0i跳跃率

6、：跳跃率：5.1室温下，室温下， Pi约每分钟一次。约每分钟一次。在扩散温度（如在扩散温度（如1200）kT=0.13eV 跳跃率显著提高。跳跃率显著提高。跳跃率表征的是单位时间有效跳跃率表征的是单位时间有效跳跃次数跳跃次数5.1.3 间隙间隙-替位式扩散替位式扩散许多杂质即可以是替位式也可以是间隙式溶于晶体许多杂质即可以是替位式也可以是间隙式溶于晶体的晶格中，并以的晶格中，并以间隙间隙-替位替位方式扩散。方式扩散。这类扩散杂质的跳跃率随这类扩散杂质的跳跃率随空位空位和和自间隙自间隙等缺陷的浓等缺陷的浓度增加而迅速增加。度增加而迅速增加。Si中大多数过度元素：中大多数过度元素：Au、Fe、Cu

7、、Pt、Ni、Ag等以等以间隙间隙-替位替位方式扩散，如方式扩散，如Au在在Si中中90%有电活有电活性性比替位式扩散快比替位式扩散快5-6个数量级个数量级95.2 5.2 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程质点的移动可在三维任一方向，自由程取决于最近邻质点质点的移动可在三维任一方向，自由程取决于最近邻质点流体质点间相距远、互作用小，扩散速率大，各向同性流体质点间相距远、互作用小，扩散速率大，各向同性固体中质点间相距近、互作用大，所有质点均受束缚，在固体中质点间相距近、互作用大，所有质点均受束缚，在三维势阱中，明显的质点扩散常开始于较高的温度三维势阱中，明

8、显的质点扩散常开始于较高的温度晶体中粒子（原子或离子）以一定的对称性和周期性排列，晶体中粒子（原子或离子）以一定的对称性和周期性排列，限制着它每一步迁移的方向和自由程。限制着它每一步迁移的方向和自由程。温度的高低，粒子的大小、晶体结构、缺陷浓度和粒子运温度的高低，粒子的大小、晶体结构、缺陷浓度和粒子运动方式是决定扩散运动的重要因素动方式是决定扩散运动的重要因素105.2.2 扩散方程扩散方程在单位时间内通过在单位时间内通过垂直于扩散方向垂直于扩散方向的的单位面积单位面积上的扩散物质流上的扩散物质流量为量为扩散通量扩散通量（Diffusion flux，kg / m2 s），用），用J J表示。

9、表示。扩散通量扩散通量与其截面处的浓度梯度成正比。与其截面处的浓度梯度成正比。 比例系数比例系数D定义为杂质在衬底中的定义为杂质在衬底中的扩散系数扩散系数。1、Fick第一定律第一定律C( ,t)( , )xJ x tDx “” 表示粒子从高浓度表示粒子从高浓度向低浓度扩散，即逆浓度向低浓度扩散，即逆浓度梯度方向扩散梯度方向扩散11当扩散处于非稳态，即各点的浓度随时间而改当扩散处于非稳态，即各点的浓度随时间而改变时，利用第一定律不容易求出变时，利用第一定律不容易求出J。 通常的扩散过程大都是非稳态扩散，为便于求通常的扩散过程大都是非稳态扩散，为便于求出出J，还要从物质的平衡关系着手，建立第二个

10、，还要从物质的平衡关系着手，建立第二个微分方程式。微分方程式。讨论晶体中杂质浓度与扩散时间的关系，又称讨论晶体中杂质浓度与扩散时间的关系，又称Fick第二定律。第二定律。 122、Fick第二定律第二定律dxJ1J2Ax x+dxJ1，J2分别为流入、流出该体分别为流入、流出该体积元的杂质流量积元的杂质流量21JJJxxC( ,t)xJtx 22C( ,t)C( ,t)xxDtx在非稳态扩散过程中，在在非稳态扩散过程中，在x处，杂质原子浓度随扩散时间处，杂质原子浓度随扩散时间t的变化率的变化率 如果扩散系数如果扩散系数D与浓度无关，则由与浓度无关，则由Fick第一定律可得：第一定律可得：假设一

11、段具有均匀横截面假设一段具有均匀横截面A的长方条材料，考虑其中长度为的长方条材料，考虑其中长度为dx的一小段的一小段体积体积则流入、流出该段体积的流量差为：则流入、流出该段体积的流量差为：132、Fick第二定律第二定律5.2.3 5.2.3 扩散系数扩散系数D0为表观扩散系数；为表观扩散系数；Ea为扩散激为扩散激活能活能vP,taxaC2vP,taxaC2扩散系数扩散系数(Diffusion coefficient)D是描述扩散速度的重要物理量，它是描述扩散速度的重要物理量，它相当于浓度梯度为相当于浓度梯度为1时的扩散通量时的扩散通量 。（以替位式扩散推导）（以替位式扩散推导）14xtxCP

12、aaP,taxCaP,taxCtxJvvv),(22),(2kTWWvsvevaPaD)(022kTEDDaexp0020vaD 在低浓度下在低浓度下硅和砷化镓硅和砷化镓中各种掺杂中各种掺杂剂杂质的实剂杂质的实测扩散系数测扩散系数 15快扩散快扩散杂质杂质慢扩散慢扩散杂质杂质一些杂质在硅一些杂质在硅111111面中的扩散系数面中的扩散系数16第九次课问题第九次课问题掺氯氧化工艺对提高氧化膜质量有哪些作用？掺氯氧化工艺对提高氧化膜质量有哪些作用？氧化层中出现固定电荷的机理，从工艺上如何能使氧化层中出现固定电荷的机理，从工艺上如何能使之降低之降低 ？扩散机构有哪几种？扩散机构有哪几种？给出主要的快

13、扩散杂质和慢扩散杂质。给出主要的快扩散杂质和慢扩散杂质。给出由给出由FickFick定律导出的扩散方程。定律导出的扩散方程。175.35.3杂质的扩散掺杂杂质的扩散掺杂扩散工艺扩散工艺是要将具有是要将具有电活性电活性的杂质，在一定的杂质，在一定温度温度，以一定以一定速率速率扩散到衬底硅的特定位置，得到所需扩散到衬底硅的特定位置，得到所需的的掺杂浓度掺杂浓度以及以及掺杂类型掺杂类型。 5.3.1 5.3.1 恒定表面源扩散恒定表面源扩散5.3.2 5.3.2 限定表面源扩散限定表面源扩散 5.3.3 5.3.3 两部扩散工艺两部扩散工艺185.3.1 恒定表面源扩散恒定表面源扩散恒定恒定( (表

14、面表面) )源源是指在扩散过程中，硅片表面的杂质浓是指在扩散过程中，硅片表面的杂质浓度始终是保持不变的。度始终是保持不变的。硅一直处于杂质氛围中，硅片硅一直处于杂质氛围中，硅片表面达到了该扩散温度的固溶度表面达到了该扩散温度的固溶度Cs。解扩散方程，得出解扩散方程，得出扩散工艺重要的工艺参数，包括：扩散工艺重要的工艺参数，包括： 杂质的分布杂质的分布 表面浓度表面浓度 结深结深 掺入杂质总量掺入杂质总量19解恒定源扩散方程：解恒定源扩散方程：初始条件为：初始条件为：C(x，0)=0，x0边界条件为：边界条件为：C(0，t)=Cs C(，t)= 0恒定表面源扩散杂质分布为：恒定表面源扩散杂质分布

15、为：2022),(),(xtxCDttxC2sxC x,tC erfcDtxCBCsxj1 xj2 xj3C(x,t)t1t2t30t3t2t1erfc(y)-称为余误差函数。称为余误差函数。恒定源扩散的解恒定源扩散的解恒定源扩散杂质浓度服从恒定源扩散杂质浓度服从余误差分布余误差分布延长扩散时间：延长扩散时间： 表面杂质浓度不变，为表面杂质浓度不变，为Cs； 结深增加；结深增加； 扩入杂质总量增加；扩入杂质总量增加； 杂质浓度梯度减小。杂质浓度梯度减小。DtADtsCCerfc2jxB14DtxeDtsCx,txC(x,t)Dts1.13C0Dts2Cdxx,tCQ2结深结深杂质总量杂质总量杂

16、质浓度梯度杂质浓度梯度21余误差函数22xdexerf022)(xdexerfxerfc22)(1)(误差函数（也称之为高斯误差函数）是一个非基本函数，在误差函数（也称之为高斯误差函数）是一个非基本函数，在概率论、统计学以及偏微分方程中都有广泛的应用。自变量概率论、统计学以及偏微分方程中都有广泛的应用。自变量为为x的误差函数定义为：的误差函数定义为：且有erf（）=1和erf(-x)=-erf(x)，则余误差函数erfc（x）定义为：5.3.2 5.3.2 限定表面源扩散限定表面源扩散 指杂质源在扩散前积累于硅片表面指杂质源在扩散前积累于硅片表面薄层薄层内，内， Q为为单位面积杂质总量单位面积

17、杂质总量解扩散方程：解扩散方程：边界条件边界条件: C(x,0)=Q/ , 0 x000 ,CQdxx2322),(),(xtxCDttxC0, 0C0 xxxXC(x,t)CB0 解限定源扩散方程解限定源扩散方程DtQCs杂质浓度梯度杂质浓度梯度:杂质表面浓度杂质表面浓度:结深结深:24杂质分布杂质分布:DtxeDtQtxC42,XXj1 Xj2 Xj3CsCsCs”t1t2t3C(x,t)CB0 t3t2t1高斯高斯函数函数)()()(x,tC2Dtxx,txx,tCDtADtxBsj21CCln2有限源扩散杂质浓度是一种高斯函数分布。有限源扩散杂质浓度是一种高斯函数分布。延长扩散时间延长

18、扩散时间( (提高扩散温度提高扩散温度T T ) )： 杂质表面浓杂质表面浓度迅速减小；杂质总量不变；度迅速减小；杂质总量不变； 结深增加；结深增加； 杂质浓度梯度减小杂质浓度梯度减小。 255.3.3 两步扩散工艺两步扩散工艺实际扩散工艺实际扩散工艺:一步工艺一步工艺 :是惰性气氛下的恒定源扩散，杂质分布服从余是惰性气氛下的恒定源扩散，杂质分布服从余误差函数；误差函数；两步工艺：两步工艺：分为预淀积（预扩散）、再分布（主扩散）分为预淀积（预扩散）、再分布（主扩散）两步。两步。预淀积预淀积是惰性气氛下的是惰性气氛下的恒定源扩散恒定源扩散，目的是在扩散窗口硅表层扩，目的是在扩散窗口硅表层扩入总量

19、入总量Q一定的杂质。一定的杂质。再分布再分布是氧气氛或惰性气氛下的是氧气氛或惰性气氛下的限定源扩散限定源扩散，将窗口杂质再进一，将窗口杂质再进一步向片内扩散，目的是使杂质在硅中具有一定的表面浓度步向片内扩散，目的是使杂质在硅中具有一定的表面浓度Cs、分、分布布C（x）、且达到一定的结深）、且达到一定的结深xj，有时还需生长氧化层。，有时还需生长氧化层。26两步工艺两步工艺预淀积（预扩散）预淀积（预扩散）: :同常为低温、短时，杂质扩散同常为低温、短时，杂质扩散很浅，杂质数量可控很浅，杂质数量可控恒定源扩散恒定源扩散主扩散（再分布）主扩散（再分布）: : 高温，扩散同时伴随氧化高温，扩散同时伴随

20、氧化控控制表面浓度和扩散深度制表面浓度和扩散深度 两步扩散之后的杂质最终分布形式为两个扩散两步扩散之后的杂质最终分布形式为两个扩散过程结果的累加过程结果的累加: :D D1 1t t1 1D D2 2t t2 2预扩散起决定作用，杂质按余误差函数预扩散起决定作用，杂质按余误差函数形式分布形式分布D D1 1t t1 1 Ci 1019/cm3) ，将使扩散系数显著提高。，将使扩散系数显著提高。非本征扩散系数非本征扩散系数D：302302323iiiiiiiiiVVVVDDDDDDVVVV非本征荷电非本征荷电空位的院子空位的院子百分数百分数本征荷电空位本征荷电空位的原子百分数的原子百分数2 2、

21、间隙原子（团）影响、间隙原子（团）影响 b）踢出与间隙机制扩散）踢出与间隙机制扩散31a）硅原子踢出晶格位置上的）硅原子踢出晶格位置上的杂质原子杂质原子 实际上硼和磷等杂质往往是靠两种机制进行扩散运动，哪一实际上硼和磷等杂质往往是靠两种机制进行扩散运动，哪一种扩散机制占主要地位将取决于具体工艺。种扩散机制占主要地位将取决于具体工艺。5.45.4.2 5.4.2 氧化增强扩散氧化增强扩散 (OED)硼在氧化气氛中的扩散存在明显增强现象，磷、砷也有此硼在氧化气氛中的扩散存在明显增强现象，磷、砷也有此现象。现象。原因是氧化诱生堆垛层错产生大量自填隙原因是氧化诱生堆垛层错产生大量自填隙Si，间隙，间隙

22、-替位式替位式扩散中的扩散中的“踢出踢出”机制提高了扩散系数。机制提高了扩散系数。氧化层氧化层B限定源扩散限定源扩散氮化物氮化物p-Sin-Si氮化物氮化物n-Si氧化层氧化层掺掺BCB1019O2I+B IB32氧化阻滞扩散氧化阻滞扩散锑扩散是以替位方式进行，氧化堆垛层错带来的自填隙硅锑扩散是以替位方式进行，氧化堆垛层错带来的自填隙硅填充了空位，减少了空位浓度。填充了空位，减少了空位浓度。锑在氧化气氛中的扩散却锑在氧化气氛中的扩散却被阻滞。被阻滞。氮化物氮化物n-Sip-Si氧化层氧化层氮化物氮化物p-Si氧化层氧化层Sb有限源扩散有限源扩散CBD（111）晶格缺欠越多，扩散速率也越大。晶格

23、缺欠越多，扩散速率也越大。395.5 5.5 扩散工艺条件与方法扩散工艺条件与方法5.5.1 5.5.1 扩散方法的选择扩散方法的选择5.5.2 5.5.2 杂质源选择杂质源选择5.5.3 5.5.3 常用杂质的扩散工艺常用杂质的扩散工艺 405.5.1 扩散方法的选择扩散设备：扩散设备：多是炉丝加热的热壁式扩散炉。和氧化多是炉丝加热的热壁式扩散炉。和氧化炉相类似，有卧式（水平式）和立式扩散炉。炉相类似，有卧式（水平式）和立式扩散炉。扩散方法：扩散方法：开管扩散；开管扩散；闭管扩散；闭管扩散；箱法扩散；箱法扩散；涂源扩散涂源扩散415.55.5.2 杂质源选择1、固态源扩散、固态源扩散采用的方

24、式采用的方式开管扩散开管扩散箱式扩散箱式扩散涂源扩散涂源扩散固态源固态源 陶瓷片或粉陶瓷片或粉体：体：BN、B2O3、Sb2O5、P2O5等等石英管石英管接排风接排风阀和流量计阀和流量计载载气气铂源舟铂源舟石英舟和硅片石英舟和硅片开管固态源扩散开管固态源扩散系统系统422、液态源扩散、液态源扩散液态源液态源 POCl3、BBr3、B(CH3O)3 （TMB）接排风接排风阀和流量计阀和流量计载载气气石英舟和硅片石英舟和硅片石英管石英管温度控制温度控制池池源瓶和源瓶和液相源液相源液相源扩散系统液相源扩散系统433、气态源扩散、气态源扩散气态源气态源 BCl3、B2H6、PH3、AsH3石英管石英管

25、接排风接排风阀和质量阀和质量流量计流量计气气源源石英舟和硅片石英舟和硅片气态源扩散系统气态源扩散系统44源的选择原则：源的选择原则：对所选择的杂质：对所选择的杂质：Ga、B、P、Sb、As ，SiOSiO2 2掩膜掩膜应能起着有效的掩蔽扩散作用；应能起着有效的掩蔽扩散作用；在硅中的固溶度足够高，要大于所需要的表面浓度；在硅中的固溶度足够高，要大于所需要的表面浓度；扩散系数的大小要适当，杂质扩散便于控制，扩散系数的大小要适当，杂质扩散便于控制，必需必需满足满足固溶度固溶度、扩散系数扩散系数要求。要求。相继扩散的不同杂质的扩散系数，其大小应搭配适相继扩散的不同杂质的扩散系数，其大小应搭配适当。当。

26、例如：例如：晶体管的基区扩散和发射区扩散，前者的杂质扩晶体管的基区扩散和发射区扩散，前者的杂质扩散系数应小于后者；散系数应小于后者；ICIC埋层杂质源，的扩散系数尽可能埋层杂质源，的扩散系数尽可能小。小。 455.5第九次课主要问题:什么是恒定源扩散什么是恒定源扩散?其杂质浓度服从什么分其杂质浓度服从什么分布函数布函数?什么是限定源扩散什么是限定源扩散?其杂质浓度服从什么分其杂质浓度服从什么分布函数布函数?为什么实际扩散常采用两步工艺为什么实际扩散常采用两步工艺?B或或P扩散的氧化增强效应是指什么？扩散的氧化增强效应是指什么？什么是场助扩散？什么是场助扩散？465.5.3 5.5.3 常用杂质

27、的扩散工艺常用杂质的扩散工艺原理原理 2 B2O3 + 3Si 4B +3SiO2 选源选源 固态固态BN源使用最多，必须活化源使用最多，必须活化 活化：活化： 4BN + 3O2 2B2O3 + 2N2特点特点 B与与Si原子半径相差较大，有伴生应力缺陷，能造成原子半径相差较大，有伴生应力缺陷，能造成晶格损伤。硼在硅中的最大固溶度达晶格损伤。硼在硅中的最大固溶度达4*1020/cm3，但浓度在，但浓度在1020/cm3以上有结团现象。以上有结团现象。工艺工艺 两步工艺，预淀积为恒定源扩散，用氮气保护，再分两步工艺，预淀积为恒定源扩散，用氮气保护，再分布有限源扩散，生长氧化层（干氧布有限源扩散

28、，生长氧化层（干氧-湿氧湿氧-干氧）硼扩散干氧）硼扩散900-1100 471、硼扩散（、硼扩散（NPN管为例）管为例）B扩散工艺流程扩散工艺流程预淀积，一般预淀积温度较低，时间也较短。氮预淀积，一般预淀积温度较低，时间也较短。氮气保护。气保护。漂硼硅玻璃，予淀积后的窗口表面有薄薄的一层漂硼硅玻璃，予淀积后的窗口表面有薄薄的一层硼硅玻璃，用硼硅玻璃，用HF漂去。漂去。再分布，温度较高，时间也较长。通氧气，直接再分布，温度较高，时间也较长。通氧气，直接生长氧化层。生长氧化层。测方块电阻测方块电阻，方块电阻是指表面为正方形的薄膜，方块电阻是指表面为正方形的薄膜，在电流方向的电阻值。在电流方向的电阻

29、值。 482、磷扩散、磷扩散（以（以NPN管为例）管为例）原理原理 2P2O5 + 5Si 4P + 5SiO2选源选源 固态固态P2O5陶瓷片源使用最多，无须活化。陶瓷片源使用最多，无须活化。 特点特点 磷是磷是n型替位杂质，型替位杂质， B与与Si原子半径接近，原子半径接近，杂质浓度可达杂质浓度可达1021/Cm3，该浓度即为电活性浓，该浓度即为电活性浓度。度。工艺工艺 与硼扩相近两步工艺，不漂磷硅玻璃。与硼扩相近两步工艺，不漂磷硅玻璃。49NPN管结构管结构Nx5*102010183*1016N+PNN型型erfc分布分布P型高斯分布型高斯分布N型衬底型衬底0 Xebj XbcjNx发射

30、区发射区基区基区集电区集电区B扩：扩：D1t1D2t2503、砷与锑D DAsAs、D DSbSb是是D DP P、D DB B的十分之一，因此适于作前扩散杂的十分之一，因此适于作前扩散杂质，如质，如埋层扩散埋层扩散或或前结扩散前结扩散的杂质。的杂质。AsAs一般是采用一般是采用闭管式扩散闭管式扩散方式，方式，源源为为3%3%砷粉，固溶砷粉，固溶度最高度最高Cs=2Cs=210102121/cm/cm3 3。SbSb一般是采用一般是采用箱式扩散箱式扩散方式，源为方式，源为SbSb2 2O O5 5固态源，固固态源，固溶度最高溶度最高Cs=2-5Cs=2-510101919/cm/cm3 3。5

31、15.55.6 5.6 扩散工艺质量与检测扩散工艺质量与检测工艺指标：杂质表面浓度工艺指标：杂质表面浓度Cs，结深，结深xj，方块电阻，方块电阻R（或称薄层电阻（或称薄层电阻Rs)，分布曲线，分布曲线C(x)工艺条件工艺条件(T, t)的确定：解析扩散方程获得工艺条的确定：解析扩散方程获得工艺条件，目前用计算机模拟获得工艺参数。件，目前用计算机模拟获得工艺参数。本节内容：本节内容：5.6.1结深的测量结深的测量5.6.2 表面浓度的确定表面浓度的确定5.5.3 器件的电学特性与扩散工艺的关系器件的电学特性与扩散工艺的关系525.6.15.6.1 结深的测量结深的测量53jxA Dt12()Bs

32、CAerfcC122(ln)sBCACC(x,t)为余误差分布时为余误差分布时：C(x,t)高斯分布时高斯分布时：。 sBCC与A值之间的关系曲线 Xj测量方法：测量方法：染色法，扩展电阻法，阳染色法，扩展电阻法，阳极氧化剥离法极氧化剥离法染色法测结深染色法测结深54原理原理：Si的电极电位低于的电极电位低于Cu，Si能从硫酸铜染色液中把能从硫酸铜染色液中把Cu置置换出来，而且在换出来，而且在Si表面上形成红色表面上形成红色Cu镀层，又由于镀层，又由于N型型Si的的标准电极电位低于标准电极电位低于P型型Si的标准电极电位，因此会先在的标准电极电位，因此会先在N型型Si上先有上先有Cu析出，这样

33、就把析出，这样就把P-N结明显的显露出来。结明显的显露出来。染色液染色液：CuSO45H2O：48% HF：H2O=5g：2mL：50mLXj=Lsin 5.65.6.2表面浓度的确定 1jx R55Ns与与R，xj三者之间存在对应的关系，已知其中的两个，第三个就三者之间存在对应的关系，已知其中的两个，第三个就唯一地被确定，从而具有确定的杂质分布。唯一地被确定，从而具有确定的杂质分布。查表获得查表获得Ns5.6.2表面浓度的确定 NsNs由由扩散形式扩散形式、扩散杂质源扩散杂质源、扩扩散温度散温度和和时间时间决决定。定。恒定源扩散，恒定源扩散，NsNs就是扩散温度下就是扩散温度下杂质在硅中的固

34、杂质在硅中的固溶度。溶度。限定源扩散，限定源扩散，NsNs由杂质总量、温由杂质总量、温度和时间所决定。度和时间所决定。56次表面浓度次表面浓度和和次表面层薄层电阻次表面层薄层电阻 ：在晶体管的分析中，常要用到次表面薄层在晶体管的分析中，常要用到次表面薄层的概念。的概念。次表面薄层就是指扩散表面之下，自某个次表面薄层就是指扩散表面之下，自某个深度深度 的平面到的平面到pn结位置之间的一个薄层。结位置之间的一个薄层。5.65.5.3 器件的电学特性与扩散工艺的关系器件的电学特性与扩散工艺的关系由不良的由不良的pnpn结反向特性结反向特性I-VI-V曲线了解工艺情况曲线了解工艺情况(a)(a)当当pnpn结的表面被杂质沾污，结的表面被杂质沾污，Si-SiOSi-SiO2 2界面存在界面态时，会导致表界面存在界面态时，会导致表面复合中心大量存在，引起表面漏电面复合中心大量存在，引起表面漏电(b)(b)产生的原因很多，如产生的原因很多，如pnpn结有较大的局部尖峰，基区过窄或外延层过结有较大的局部尖峰，基区过窄或外延层过薄，以及扩散层上的合金点、外延层的层借和位借密度较高等都会薄，以及扩散层上的合金点、外延层的层借和位借密度较高等都会造成低击穿。造成低击穿。(c)(c)基片内存在局部薄弱点，如层错、位借密度过高，光刻图形边缘不基片内存在局部薄弱点，如层错、位借密度过高，光刻