【光电融合集成电路制造与封测】第四讲：扩散工艺，扩散的类型，恒定表面源扩散，限定表面源扩散，硼扩散
关注作者了解更多
我的其他CSDN专栏
过程控制系统
工程测试技术
虚拟仪器技术
可编程控制器
工业现场总线
数字图像处理
智能控制
传感器技术
嵌入式系统
复变函数与积分变换
单片机原理
线性代数
大学物理
热工与工程流体力学
数字信号处理
光电融合集成电路技术
电路原理
模拟电子技术
高等数学
概率论与数理统计
数据结构
C语言
模式识别原理
自动控制原理
数字电子技术
关注作者了解更多
资料来源于网络，如有侵权请联系编者
目录
回顾：晶体管工艺中某中间流程
扩散定义
热扩散工艺
扩散类型
扩散类型：替位式扩散
扩散类型：填隙式扩散
扩散类型：替位-填隙式扩散
扩散方程
菲克第一扩散定律
菲克第二扩散定律
杂质的扩散参杂
恒定表面源扩散：
限定表面源扩散：
影响杂质分布的其它因素
1）点缺陷
（2）氧化增强扩散
（3）发射区推进效应
（4）横向扩散效应
扩散杂质源
常用杂质的扩散工艺
做个习题练练手呗
回顾：晶体管工艺中某中间流程
扩散定义
扩散(Diffusion)是一种自然现象，是由物质自身的热运动引起的，运动的结果 是使浓度分布区域均匀。
热扩散工艺
在高温（约1000℃），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、定量参杂的一种工艺方法。
扩散类型
替位式扩散：主要是ⅢA族和VA族，如Al、B、Ga、In、P、Sb、As等
填隙式扩散：主要是IA族和VⅢA族元素，如Na、K、Li、H、Ar等
填隙-替位式扩散：大多数过渡元素，如Au、Fe、Cu、Pt、Ni、Ag等
扩散类型：替位式扩散
扩散类型：填隙式扩散
扩散类型：替位-填隙式扩散
扩散方程
菲克第一扩散定律
单位时间内，通过垂直于扩散方向的单位面积上的扩散物质流量为扩散通量， 用 J 表示，单位为kg/(cm^2·s)，其与该截面处的浓度梯度成正比。
D 为扩散系数；C 为扩散物质的体积浓度。
菲克第二扩散定律
在非稳态扩散过程中，在距离 x 处，杂质原子浓度随扩散时间的变化率等于 扩散通量随距离变化率的负值，即
杂质的扩散参杂
恒定表面源扩散：
在扩散过程中，硅片表面的杂质浓度Cs始终保持不变。将硅片处于恒定浓度的杂质氛围中，杂质扩散到硅表面很薄的表层，目的是预先硅扩散窗口掺入一定剂量的杂质。
初始条件：C(x, 0)=0, t=0;
边界条件：C(0, t)=Cs, x=0 C(∞, t)=0
求解扩散方程可得：
恒定表面源扩散,其表面杂质浓度基本上由该杂质在扩散温度(900~1200℃)下的固 溶度所决定，而在 900~1200℃的温度范围内，固溶度随温度变化不大。可见恒 定表面源扩散，很难通过改变温度来达到控制表面浓度的目的,这也是该扩散方法的不足之处。
限定表面源扩散：
在扩散过程中硅片外部无杂质的环境氛围，杂质源限定于扩散前
淀积在硅片表面极薄层内的杂质总量Q，扩散过程中Q为常量，依靠这些有限的杂
质向硅片内进行的扩散，目的是使杂质在硅中形成一定的分布或获得一定的结深。
两步扩散工艺： 恒定表面源扩散 ➕ 限定表面源扩散
影响杂质分布的其它因素
1）点缺陷
空位：扩散系数和激活能与空位的荷电状态有关
间隙：“踢出”效应影响扩散速度
（2）氧化增强扩散
在热氧化过程中原存在硅内的某些掺杂原子显现出更高的扩散性,称为氧化增强扩散(Oxidation Enhanced Diffusion, OED)。
（3）发射区推进效应
在NPN窄基区晶体管制造中，如果基区和发射区分别扩硼和扩磷，则发现在发射区正下方的基区（内基区）要比不在发射区正下方的基区（外基区）深，即在发射区正下方硼的扩散有了明显的增强。
（4）横向扩散效应
扩散杂质源
扩散杂质源：杂质源为气态
气态杂质源多为杂质的氢化物或者卤化物，这些气体的毒性很大，而且易燃易炸，操作上要十分小心，实际生产中很少采用。
液态源扩散：杂质源为液态
系统简单，操作方便，生产效率高，重复性和均匀性都较好，但它受温度，时间，流量，杂质源的液面大小及系统是否漏气等外界因素的影响较大，是目前使用较广泛的一种方法。
固态源扩散：杂质源为固态
固态源用法便利，对设备要求不高，操作与液态源基本相同，生产效率高，所以也是应用较多的一种方法（特别是硼扩散方面）。但源片易吸潮变质，在扩散温度较高时，还容易变形，这时就不如液态源扩散优越。
常用杂质的扩散工艺
硼扩散
工艺原理
工艺流程：清洗》预积淀》漂硼硅玻璃》再分布》测方块电阻
清洗：光刻出扩散窗口，并清洗
预淀积：恒定源扩散。硼源在炉内与炉子一起升温，通入氮气作为保护气，
漂硼硅玻璃：预淀积后的扩散窗口表面有薄薄的一层硼硅玻璃，应用HF去除硼硅玻璃。
再分布：限定源扩散。
测方块电阻：通过测方块电阻来了解掺杂情况。
磷扩散
做个习题练练手呗
