第三章扩散(精品).ppt

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1、第三章第三章 扩散扩散引言引言引言引言：掺杂是将一定数量的杂质掺入半导体材料的工掺杂是将一定数量的杂质掺入半导体材料的工艺艺.掺杂的实际作用主要是改变半导体材料的电学掺杂的实际作用主要是改变半导体材料的电学特性特性.扩散是集成电路制造中重要的掺杂方法之一扩散是集成电路制造中重要的掺杂方法之一 。所谓。所谓扩散扩散就是在高温下将一定数量的某种杂质就是在高温下将一定数量的某种杂质掺入到硅晶体中，并使杂质数量、分布形式和深掺入到硅晶体中，并使杂质数量、分布形式和深度等满足要求，这种扩散是度等满足要求，这种扩散是固态扩散固态扩散，扩散的机，扩散的机理仍然是杂质浓度梯度造成扩散运动。理仍然是杂质浓度梯度

2、造成扩散运动。ICIC中器件中器件的结构和性能基本上有扩散工艺所确定，因此扩的结构和性能基本上有扩散工艺所确定，因此扩散工艺是整个硅平面器件工艺的核心。散工艺是整个硅平面器件工艺的核心。PNPPNP发射区发射区基区基区集电极集电极PMOSPMOSNMOSNMOSS SS SD DD D应用应用1制造晶体管的发射极、基极、集电极2 制造MOS管的源漏极3 Pdif、Ndif做电阻4 Pdif、Ndif做连线扩散过程本章主要内容l杂质扩散机构l扩散系数与扩散方程l扩散杂质的分布l影响杂质分布的因素l扩散方法l工艺控制和质量检测3.1 杂质扩散机构杂质扩散机构 对于那些半径较小且不容易与对于那些半径

3、较小且不容易与硅原子键合的原子，它们在硅晶硅原子键合的原子，它们在硅晶体中的扩散运动主要以间隙方式体中的扩散运动主要以间隙方式进行，即进行，即间隙杂质从一个间隙到间隙杂质从一个间隙到另一个间隙另一个间隙。3.1.1间隙式扩散1 11 12 22 23 33 3WWi i间隙杂质获得能量大于间隙杂质获得能量大于WWi i几率正比于：几率正比于：间隙杂质每秒跳跃次数：间隙杂质每秒跳跃次数：在间隙位置上的势能相对极小，相邻的两在间隙位置上的势能相对极小，相邻的两个间隙中间势能极大位置。个间隙中间势能极大位置。3.1.2 替位式扩散替位式扩散 对于那些半径与硅原子相近或比硅对于那些半径与硅原子相近或比

4、硅原子大的替位杂质从一个晶格位置运动原子大的替位杂质从一个晶格位置运动到另一个晶格位置称为到另一个晶格位置称为替位扩散替位扩散。当替。当替位杂质代替了晶格上的硅原子后，会引位杂质代替了晶格上的硅原子后，会引起周围畸变，当替位杂质比硅小起周围畸变，当替位杂质比硅小(硼，磷硼，磷)时，围绕替位杂质的原子空间将时，围绕替位杂质的原子空间将“膨胀膨胀”来弥补，相反替位杂质比硅大来弥补，相反替位杂质比硅大(锑锑)，周围原子空间将周围原子空间将“收缩收缩”。1 11 12 22 23 33 3WWs s 替位杂质在晶格位置上势能相对最低，而间隙处是势能最高位置。单位体积的空位数：N:单位体积的晶格数；Wv

5、:形成一个空位所需的能量；每个格点上出现空位的几率：替位杂质跳过势垒高度为WS的几率：替位杂质跳跃率：结论：替位杂质的运动比间隙杂质困难，首先在临近出现空位，同时依靠热涨落获得大于势垒高度的能量才能实现替位运动。3.2 3.2 扩散方程和扩散系数扩散方程和扩散系数3.2.1 3.2.1 扩散方程扩散方程 1885 1885年年FickFick提出菲克（提出菲克（FickFick）第一定律，它是描）第一定律，它是描述物质扩散规律的。述物质扩散规律的。菲克第一定律菲克第一定律：如果在一个有限基体内存在杂质：如果在一个有限基体内存在杂质浓度梯度，则杂质会产生扩散运动，且杂质的扩散方浓度梯度，则杂质会

6、产生扩散运动，且杂质的扩散方向是使杂质浓度梯度变小。向是使杂质浓度梯度变小。菲克第一定律数学表达式：菲克第一定律数学表达式：D D(x,y,z,t)(x,y,z,t)对于一维情况：对于一维情况：DDC(x,t)/C(x,t)/x x (3.1)(3.1)量纲：量纲：J(J(粒子粒子/cm2/cm2s)s)c(1/cm3)c(1/cm3)D(cm2/s)D(cm2/s)菲克第一定律的意义：菲克第一定律的意义：杂质扩散流密度正比于杂质的浓度杂质扩散流密度正比于杂质的浓度梯度，扩散流方向与浓度梯度方向相梯度，扩散流方向与浓度梯度方向相反，比例系数为该杂质的扩散系数反，比例系数为该杂质的扩散系数.3.

7、2.2扩散系数 D=DD=D0 0exp(-exp(-E/kTE/kT)=D)=D0 0e eE/E/kTkT D D0 0-表观扩散系数。表观扩散系数。EE扩散激活能，一般替位杂质扩散激活能，一般替位杂质EE3 34ev4ev 即扩散系数与该杂质的扩散激活能，即扩散系数与该杂质的扩散激活能，扩散温度有关，它表征了该杂质的扩扩散温度有关，它表征了该杂质的扩散能力。散能力。3.2.3 菲克第二定律菲克第二定律 为了简化分析一维情况，根据物质连续性概念，为了简化分析一维情况，根据物质连续性概念，分析沿扩散方向，研究从分析沿扩散方向，研究从x x到到x+x+x,x,面积为面积为ss的一的一个小体积元

8、内杂质数量随时间的变化情况。下图给个小体积元内杂质数量随时间的变化情况。下图给出了小体积元示意图。出了小体积元示意图。C(x,t)C(x,t)时间时间 t,t,tt空间空间 x,xx,x 根据在小体积元内，单位时间杂质粒子根据在小体积元内，单位时间杂质粒子总量减少值等于通过两个截面的流量差这一总量减少值等于通过两个截面的流量差这一连续性原理，可得出连续性原理，可得出 两截面流量差两截面流量差 J1sJ2s=(J1J2)s J2=J1+(J/x)x 两截面流量差为两截面流量差为 J1-(J1+(J/x)x)s=-(J/x)xs讨论杂质总量的变化讨论杂质总量的变化 c1xs-c2xs=(c1-c2

9、)xs c2=c1-(c/t)t杂质总量的变化杂质总量的变化 c1-(c1-(c/t)t)xs=(c/t)txs取单位时间：取单位时间：t=1单位时间杂质总量变化为单位时间杂质总量变化为(c/t)xs根据物质连续性原理，减小的等于流出的。根据物质连续性原理，减小的等于流出的。(c/t)xs(J/x)xs c/t=(J/x)将菲克第一定律将菲克第一定律DC(x,t)/x 代入代入 c/t=-Dc/x/x有有 其物理意义是其物理意义是在单位时间内杂质粒子在单位时间内杂质粒子数的变化与杂质的扩散系数及杂质的数的变化与杂质的扩散系数及杂质的浓度梯度的二阶偏微分有关。浓度梯度的二阶偏微分有关。3.3扩散

10、杂质的分布扩散杂质的分布3.3.1 恒定表面源扩散恒定表面源扩散 在在IC制造中杂质扩散一般分为二部，制造中杂质扩散一般分为二部，第一步称第一步称预淀积预淀积，第二部称，第二部称再分布再分布。一。一般认为在预淀积过程中，扩散是恒定源般认为在预淀积过程中，扩散是恒定源表面扩散。即，如果在整个扩散过程中，表面扩散。即，如果在整个扩散过程中，硅表面的杂质浓度始终不变，这种类型硅表面的杂质浓度始终不变，这种类型的扩散称恒定表面源扩散。的扩散称恒定表面源扩散。若表面浓度为若表面浓度为Cs那么恒定表面源扩散中，有那么恒定表面源扩散中，有边界条件边界条件：C(0,t)=Cs 若杂质在硅内要扩散的深度远小于硅

11、片的厚若杂质在硅内要扩散的深度远小于硅片的厚度度,则另一个边界条件为则另一个边界条件为:C(,t)=0此外在预淀积开始时（此外在预淀积开始时（t=0），除了硅片表面与杂），除了硅片表面与杂质源接触外，硅片内部并没有杂质扩入，所以有质源接触外，硅片内部并没有杂质扩入，所以有初始条件初始条件：C(x,0)=0那么对于恒定表面源扩散，有定解方程那么对于恒定表面源扩散，有定解方程通过做变换，分离变量，求出方程的解：通过做变换，分离变量，求出方程的解：Cs表面杂质恒定浓度（个表面杂质恒定浓度（个/cm3）D扩散系数（扩散系数（cm2/s）x由表面算起扩散的深度（由表面算起扩散的深度（cm）t扩散时间（扩

12、散时间（s）恒定表面源扩散的恒定表面源扩散的杂质分布情况杂质分布情况,余余误差函数分布误差函数分布杂质分布主要由温度杂质分布主要由温度和时间决定和时间决定恒定表面源扩散的主要特点恒定表面源扩散的主要特点：1.杂质的分布形式杂质的分布形式 由图可见，在由图可见，在Cs一定一定的条件下，的条件下，扩散时间越长，杂质扩扩散时间越长，杂质扩散越深。散越深。t4t3t2t1,x4x3x2x1 扩入到硅中的杂质数量越多扩入到硅中的杂质数量越多。在时间。在时间t内，通过单位表面内，通过单位表面扩入硅中的杂质总量扩入硅中的杂质总量Q(t)可通过可通过C(x,t)积分面积求得。积分面积求得。缺点缺点:表面杂质浓

13、度表面杂质浓度Cs与杂质在扩散温度下的与杂质在扩散温度下的固溶度有关固溶度有关,而固溶度而固溶度随温度变化不大随温度变化不大,因此因此,很难通过改变温度来控很难通过改变温度来控制表面浓度制表面浓度,这是该方这是该方法的不足之处法的不足之处.2.结深结深 如果扩散杂质与硅基底原有杂质导电类型如果扩散杂质与硅基底原有杂质导电类型相反，则在两杂质浓度相同处形成相反，则在两杂质浓度相同处形成PN结。结。其结深其结深xj可根据可根据 C(xj,t)=CB 由由 (3.5)求出，式中求出，式中CB为硅基底原有杂质浓度。为硅基底原有杂质浓度。A=2erfc-1(CB/Cs)是与是与CB,Cs有关的常数。有关

14、的常数。取决于取决于Cs/CB比。比。Cs/CB=105时时 A6.2 ;Cs/CB=104时时 A5.5Cs/CB=103时时 A4.7 ;Cs/CB=102时时 A3.7 3.杂质浓度梯度杂质浓度梯度 杂质浓度梯度杂质浓度梯度受受Cs,t和和D(即温度即温度T)的影响，的影响，在在Cs和和CB一定的情况下，扩散越深，杂质一定的情况下，扩散越深，杂质浓度梯度越小。浓度梯度越小。3.3.2 有限表面源扩散有限表面源扩散 如果在扩散之前，在硅片表面预淀积一层杂质，在如果在扩散之前，在硅片表面预淀积一层杂质，在其后的整个扩散过程中，这层杂质作为杂质源，不再其后的整个扩散过程中，这层杂质作为杂质源，

15、不再有新源补充，这种方式称有新源补充，这种方式称有限表面扩散有限表面扩散。两步扩散中。两步扩散中的的再分布或主扩属于此种情况。的的再分布或主扩属于此种情况。有定义可引出如下初始条件有定义可引出如下初始条件:C(x,0)=0 即在扩散开始时，硅片内部没有杂质即在扩散开始时，硅片内部没有杂质.同时可得出有限表面源扩散的边界条件：同时可得出有限表面源扩散的边界条件：C(,t)=0(远大于扩散深度的地方没有杂质远大于扩散深度的地方没有杂质)及及 即在以后的扩散中，杂质总量保持为有限的即在以后的扩散中，杂质总量保持为有限的Q Q值。值。Q Q为每单位面积上的杂质数量，它是由预淀积得来为每单位面积上的杂质

16、数量，它是由预淀积得来.扩散方程满足上述扩散方程满足上述条件的解是条件的解是:(3.6)(3.6)这就是有限表面源扩散时杂质分布表这就是有限表面源扩散时杂质分布表达式，而达式，而e-z2是高斯函数形式。因此常称是高斯函数形式。因此常称为为高斯分布高斯分布。CCs1Cs2Cs3Cbt1t2t3Xj1Xj2Xj31.分布形式 图3.3但由于杂质总量不变，所以每条曲线下的积分面积但由于杂质总量不变，所以每条曲线下的积分面积是相等的。任一时刻是相等的。任一时刻t的表面浓度可由的表面浓度可由x=0代入有限代入有限表面源扩散浓度分布，可求出表面源扩散浓度分布，可求出Cs(t)。特点特点:T T相同时相同时

17、,扩散时间越长扩散时间越长,扩扩散越深散越深,表面浓度表面浓度越低越低;扩散时间扩散时间相同时相同时,温度越高温度越高,扩散越深扩散越深,表面浓表面浓度下降的越多度下降的越多.整个扩散的过程整个扩散的过程中杂质数量保持中杂质数量保持不变不变3.7因此，式因此，式3.6可写成可写成3.82.2.结深结深 如果硅基底原有杂质预扩散杂质具有不同的如果硅基底原有杂质预扩散杂质具有不同的导电类型，则在两种杂质浓度相等处形成导电类型，则在两种杂质浓度相等处形成PNPN结，上图结，上图C CB B为基底原有杂质浓度为基底原有杂质浓度Xj1,Xj2,Xj3Xj1,Xj2,Xj3为不同扩散时间形成为不同扩散时间

18、形成PNPN结的结深。结的结深。在结深处在结深处 X=X=XjXj,有有3.93.9求得求得3.103.10令令 则则3.11对于高斯分布，对于高斯分布，B与与Cs/CB比有关，当比有关，当Cs/CB105时，取时，取B=6.8Cs/CB104时，取时，取B=6.0Cs/CB103时，取时，取B=5.3Cs/CB=102时，取时，取B=4.33.3.杂质浓度梯度杂质浓度梯度 杂质浓度梯度受杂质浓度梯度受Cs,tCs,t和和D(D(即温度即温度T)T)影响扩散越深，杂质浓度梯度越小。影响扩散越深，杂质浓度梯度越小。3.3.33.3.3两步扩散法两步扩散法 实际生产中，扩散温度一般为实际生产中，扩

19、散温度一般为90090012001200摄氏度，摄氏度，在此温度范围内硼，磷，砷等在硅中固溶度变化不在此温度范围内硼，磷，砷等在硅中固溶度变化不大，采用恒定表面源很难得到低表面浓度的杂质分大，采用恒定表面源很难得到低表面浓度的杂质分布形式。为了同时满足对表面浓度，结深等方面要布形式。为了同时满足对表面浓度，结深等方面要求。求。实际采用的扩散往往是把两种扩散方式结合。实际采用的扩散往往是把两种扩散方式结合。第一步称预扩散或预淀积，属恒定表面源扩散。目第一步称预扩散或预淀积，属恒定表面源扩散。目的是控制杂质总量。第二步称主扩散或再分布，属的是控制杂质总量。第二步称主扩散或再分布，属有限表面源扩散。

20、目的是控制表面浓度和扩散深度有限表面源扩散。目的是控制表面浓度和扩散深度l课堂习题(1)写出扩散的一般步骤,及每一步的目的(参考课件扩散过程图片);(2)在1000摄氏度下向硅中扩散硼，扩散时间是1小时，表面浓度保持在1019原子/cm3。求Q Q（t）及x=0处的杂质浓度梯度（已知，在1000摄氏度时，硼的扩散系数为21014cm2/s）。（3）用气相砷化三氢预淀积砷，结果得到单位面积杂质总量为11014原子/cm2。问需要多长时间才能使砷达到1m的结深。设衬底掺杂为CB=11015原子/cm3，再分布扩散温度为1200摄氏度，对于砷扩散，D0=24cm2/s和E=4.08eV,=8.614

21、10-5。3.4 3.4 影响杂质分布的其它因素影响杂质分布的其它因素3.4.1 硅中点缺陷硅中点缺陷3.4.2 扩散系数随掺杂而增大（掺杂诱生空位）扩散系数随掺杂而增大（掺杂诱生空位）3.4.3 氧化增强扩散（氧化增强扩散（OED）杂质以替位间隙交替运动扩散速度比替位杂质以替位间隙交替运动扩散速度比替位替位快。替位快。3.4.4 3.4.4 发射区推进效应发射区推进效应 在在npnnpn窄基区宽度晶体管制造中，如果基区扩窄基区宽度晶体管制造中，如果基区扩硼，发射区扩磷，则发现在发射区正下方的基硼，发射区扩磷，则发现在发射区正下方的基区硼扩散深度要大于不在发射区正下方的硼的区硼扩散深度要大于不

22、在发射区正下方的硼的扩散深度。称这种现象为发射区推进效应或发扩散深度。称这种现象为发射区推进效应或发射区下陷效应。射区下陷效应。NPNWbEBc c理想NPN管杂质分布NPNcBEWb推进效应时推进效应时NPN管杂质分布管杂质分布 上图说明了磷发射区对硼基区的挤压现上图说明了磷发射区对硼基区的挤压现象。实际上是磷高浓度扩入引起较高的晶象。实际上是磷高浓度扩入引起较高的晶体缺陷，特别是磷与空位作用。产生复合体缺陷，特别是磷与空位作用。产生复合效应。使其附近空位浓度增加，使硼扩散效应。使其附近空位浓度增加，使硼扩散速度加快。造成速度加快。造成发射区推进效应发射区推进效应。其结果。其结果对制造器件不

23、利。因为希望得到平坦的结对制造器件不利。因为希望得到平坦的结表面，表面，EB结，结，BC结击穿电压都与结曲率半结击穿电压都与结曲率半径成正比径成正比,小的不平坦会产生点击穿，非常小的不平坦会产生点击穿，非常有害，但改用砷发射区就好得多。有害，但改用砷发射区就好得多。3.4.5 二维扩散二维扩散 扩散往往是在硅表面特定区域进行，而扩散往往是在硅表面特定区域进行，而不是在整个硅片表面进行，即称为不是在整个硅片表面进行，即称为选择扩散选择扩散或称窗口扩散。窗口是通过光刻方法在或称窗口扩散。窗口是通过光刻方法在SiO2上刻出一块裸露出上刻出一块裸露出Si的区域。窗口外的的区域。窗口外的SiO2对扩散杂

24、质起到了掩蔽作用。对扩散杂质起到了掩蔽作用。实际扩散中，杂质在通过窗口以垂直硅实际扩散中，杂质在通过窗口以垂直硅表面扩散的同时，也向窗口边缘附近的硅进表面扩散的同时，也向窗口边缘附近的硅进行横向扩散，这就是纵横扩散，是二维的行横向扩散，这就是纵横扩散，是二维的。研究二维扩散更加复杂，但实际上横向研究二维扩散更加复杂，但实际上横向扩散距离比纵向小。一般情况下，横向的扩扩散距离比纵向小。一般情况下，横向的扩散距离等于纵向的散距离等于纵向的0.70.8。因此在计算。因此在计算PNP Wb时要考虑横向扩散结果。时要考虑横向扩散结果。E Ec cB BWbWbP PN N图3.5 pnp LayoutL

25、 L3.5 扩散方法3.5.1 固态源扩散 固态源大多数是杂质的氧化物或其它化合物，如B2O3,P2O5,BN等。扩散系统通常是开管扩散，而源制成和硅片尺寸相等的源片，源片和硅片相间均匀放置在石英舟上，在扩散温度下，杂质源蒸汽包围硅片并发生化学反应释放杂质并向硅中扩散。如扩硼，固态源为B2O3,BN。2B2O3+3Si=4B+3SiO2 B2O3是无色透明固体粉末，性硬是无色透明固体粉末，性硬而脆，能溶于酸和醇中，热稳定好。而脆，能溶于酸和醇中，热稳定好。最后形成的硼硅玻璃最后形成的硼硅玻璃(BSG)附着在表附着在表面上，在固态源扩散中还有箱法扩散。面上，在固态源扩散中还有箱法扩散。下图给出了

26、开管固态扩硼系统示意图下图给出了开管固态扩硼系统示意图开管固态扩硼系统示意图开管固态扩硼系统示意图开管固态扩硼系统示意图开管固态扩硼系统示意图石英管道石英管道电炉丝电炉丝阀门阀门O O O O2 2 2 2N N N N2 2 2 2硅片硅片源片源片高温扩散炉高温扩散炉载片石英舟载片石英舟结结排排风风口口OO2 2N N N N2 2 2 2源瓶保持源瓶保持源瓶保持源瓶保持0 0 0 0摄氏度。摄氏度。摄氏度。摄氏度。POCl3POCl3POCl3POCl3接排风口接排风口其他说明见开管扩散其他说明见开管扩散液态源扩散系统 磷扩散通常采用液态源扩散，液态磷源常磷扩散通常采用液态源扩散，液态磷源

27、常用用POClPOCl3 3。2POCl 2POCl3 3+3H+3H2 2O=PO=P2 2O O5 5+6HCl+6HCl 2P 2P2 2O O5 5+5Si=4P+5SiO+5Si=4P+5SiO2 2 最后在扩散温度下，形成磷硅玻璃最后在扩散温度下，形成磷硅玻璃(PSG)(PSG)附着在表面。附着在表面。硼硅玻璃，磷硅玻璃是扩散中过量硼硅玻璃，磷硅玻璃是扩散中过量B B2 2O O3 3,P,P2 2O O5 5与与SiOSiO2 2形成的产物，不但玷污硅片，形成的产物，不但玷污硅片，而且使设计的杂质分布受到影响，因此在主而且使设计的杂质分布受到影响，因此在主扩之前一般用氢氟酸漂掉。

28、扩之前一般用氢氟酸漂掉。一.工艺控制二.质量检测3.6 工艺控制和质量检测一一.工艺控制工艺控制污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子污染来源：操作者污染来源：操作者,清洗过程清洗过程,高温处理高温处理,工工具具参量控制：温度，时间，气体流量参量控制：温度，时间，气体流量(影响最影响最大大?)1.温度控制：温度控制：源温、硅片温度、升温降温、测温源温、硅片温度、升温降温、测温2.时时 间间：进舟出舟自动化进舟出舟自动化3.气体流量：气体流量：流量稳定，可重复性流量稳定，可重复性二二.质量检测质量检测1.1.质检项目质检项目2.2.结深测量结深测量3.3.扩

29、展电阻法扩展电阻法4.4.方块电阻测量方块电阻测量1.扩散工艺质量检测项目2.结深测量3.扩展电阻法4.方块电阻测量三、质量分析三、质量分析l1硅硅片片表表面面不不良良：表表面面合合金金点点；表表面面黑黑点点或或白白雾雾；表表面面凸凸起起物物；表表面面氧氧化化层层颜颜色色不不一一致致；硅硅片片表表面面滑滑移移线线或或硅硅片片弯弯曲曲；硅硅片片表表面面划划伤伤，边边缘缘缺缺损损，或或硅硅片片开开裂裂等。等。l2漏电电流大：表面沾污引起的表面漏漏电电流大：表面沾污引起的表面漏电；氧化层的缺陷破坏了氧化层在杂质电；氧化层的缺陷破坏了氧化层在杂质扩散时的掩蔽作用和氧化层在电路中的扩散时的掩蔽作用和氧化

30、层在电路中的绝缘作用而导电；硅片的缺陷引起杂质绝缘作用而导电；硅片的缺陷引起杂质扩散时产生管道击穿。扩散时产生管道击穿。l3薄层电阻偏差。薄层电阻偏差。4器件特性异常器件特性异常：击穿电压异常；hFE异常；稳压二极管稳压值异常。结深测定结深测定 扩散工艺是制造扩散工艺是制造PN结的最重要工艺，结的最重要工艺，扩散后的扩散后的杂质分布杂质分布，结深结深直接影响器件的直接影响器件的击穿电压，电流增益击穿电压，电流增益等等。因此扩散质量等等。因此扩散质量关系关系IC制造的成品率，优品率。制造的成品率，优品率。3.6.1 3.6.1 结深测定结深测定利用磨结染色，光干涉法测。利用磨结染色，光干涉法测。

31、染结硫酸铜溶液配方：染结硫酸铜溶液配方：CuSOCuSO4 45H5H2 2O:48%HF:HO:48%HF:H2 2O=5g:2ml:50mlO=5g:2ml:50ml3.6.2 3.6.2 薄层电阻测量薄层电阻测量 由于由于ICIC设计中的电阻通常采用扩散电阻设计中的电阻通常采用扩散电阻来制作，下图给出了扩散电阻的来制作，下图给出了扩散电阻的LayoutLayout图。图。P PN NL Lw wXjXj当当L=WL=W时时而此时的电阻，而此时的电阻，R=RR=R定义为薄层电阻定义为薄层电阻(/)/)则则R R=/x xj j。即薄层电阻与平均电阻率成正。即薄层电阻与平均电阻率成正比，与结

32、深成反比。比，与结深成反比。由于由于Rxj,而而=1/=1/qN那么就可以建立那么就可以建立 R=/xj=1/qN xj当当当当 一定，一定，一定，一定，x xj j为测得值时，可以用为测得值时，可以用为测得值时，可以用为测得值时，可以用R R 表示表示表示表示N N 在设计扩散电阻在设计扩散电阻R时，如果已知时，如果已知R的数据，那么的数据，那么 L/w 称为方块数，称为方块数，R由制造厂商提供准确值。由制造厂商提供准确值。R R的测量通常用四探针法，的测量通常用四探针法，(v/I)TCF,(v/I)TCF,将将T T外延层外延层厚度换成扩散电阻结深厚度换成扩散电阻结深XjXj,并写成并写成

33、/x xj j=(v/I)CF,=(v/I)CF,R R=(V/I)CF=(V/I)CF 当扩散样品的宽度当扩散样品的宽度探针间距时，探针间距时，C=4.53C=4.53 当探针间距当探针间距结深结深x xj j时，时，F=1F=1 此时此时 R R=4.53(V/I)=4.53(V/I)3.6.3 二极管特性检测二极管特性检测 由于扩散后一般都可以形成由于扩散后一般都可以形成PN结二极管，结二极管，测二极管的正反向击穿特性，可以判断扩散质量。测二极管的正反向击穿特性，可以判断扩散质量。3.6.4 三极管特性检测三极管特性检测 三极管具有两个三极管具有两个PN结，测三极管特性结，测三极管特性,

34、BVceo,BVcbo,BVbeo 就可以判断硼扩，磷扩质就可以判断硼扩，磷扩质量。量。一般一般Layout设计，都有加工厂商特别设置的设计，都有加工厂商特别设置的测试图形，可直接用探针探测磷扩，硼扩后形成测试图形，可直接用探针探测磷扩，硼扩后形成的各个区域，随时监视扩散结果，以保证不出废的各个区域，随时监视扩散结果，以保证不出废品。品。3.6.53.6.5表面检测表面检测 扩散后片子表面应无硼硅玻璃，磷扩散后片子表面应无硼硅玻璃，磷硅玻璃花斑玷污，颜色均匀。硅玻璃花斑玷污，颜色均匀。第三章第三章 扩散作业题扩散作业题1.设硅衬底为设硅衬底为P型，杂质浓度型，杂质浓度CB=71014(cm-3

35、)在在1190摄氏度下扩摄氏度下扩Sb,此温度下此温度下Sb扩散系数为扩散系数为Dsb=2.210-13(cm2/s)此扩散可以认为是恒定表面源此扩散可以认为是恒定表面源扩散，扩散，Cs=71019(cm-3)。问经。问经4小时扩散后，小时扩散后，PN结结深结结深Xj为多少？为多少？2.在3DK3开关管硼再分布中，扩硼温度为1180摄氏度，此温度下硼扩散系数DB=1.210-12(cm2/s),基底为N型外延片,CB=51015(cm-3),若扩散后硼的表面浓度Cs=51018(cm3)。共扩散40分钟，问扩散结深xj为多少？本章总结掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触磷(P)、砷(As)N型硅硼(B)P型硅掺杂工艺：扩散、离子注入l重点掌握：（1）扩散的目的，过程，特点（2）杂质扩散机构：间隙式扩散和替位式扩散l替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：、族元素一般要在很高的温度(9501280)下进行磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层l间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：Na、K、Fe、Cu、Au 等元素扩散系数要比替位式扩散大67个数量级（3）杂质扩散原理：菲克定律（4）扩散杂质的分布：余误差函数分布和高斯分布