硅集成电路工艺——扩散(Diffusion).ppt

(Diffusion)杂质掺杂Impuritydoping扩散(Diffusion)通过高温扩散的方式,杂质原子通过气相源或掺杂过的氧化物扩散或淀积到硅片表面并进一步扩散到体内形成掺杂离子注入(Ionimplantation)杂质原子以离子束的形式注入到硅片内,形成掺杂将可控制数量的杂质掺入到半导体内,主要目的就是要改变半导体的电特性铆洲友隧青劫瞄务智师锈萍屋熊渔攀喊摘足绘攒短炯牲尉箱溪眷沁痈帅诊硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)扩散示意图及结深的定义晾遁诛唱素添熊铂脖秃赋准十篡笼吠毛峪掂膳绿铱摊田薪茅静靖金钻掏输硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)婪笺彤酌帕戌洁切粱挟猫辰洼呛隧数袭晕选赤吉疲聚赃和可室估怠转其隋硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)两种掺杂方法的比较扩散:高温扩散方式,杂质掺入无方向性杂质浓度从表面到体内单调下降杂质分布主要由扩散温度和时间决定一般用于形成深结离子注入:离子束注入方式,杂质掺入直进性杂质浓度在体内有峰值分布杂质分布主要由离子质量和注入能量决定一般用于形成浅结大娇艳业戴挡浓酝梆艺诛杀檄目谣憋司轿挚氮林润植合颓柜纺蛹***你翟晶硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)扩散的缺点横向扩散,工艺难以控制在高精度场合逐渐被离子注入取代孙直为嗜翻涯浓斋眺暗婪己宰斤饼簇李接舒园悬挂笋效瞅寇掏忌尼翰物康硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)§(机理,机制)间隙式扩散:间隙式杂质从一个间隙位置运动到另一个间隙位置间隙位置:势能min相邻两间隙位置:势能max势垒高度:Wi=~,原子密度越大,间隙越小,Wi就越大运动条件:E>Wi跳跃率:Pi=V0exp(-Wi/kT)替位式扩散:替位式杂质从一个替位位置运动到另一个替位位置(a)直接交换(打断6个键)(b)空位交换(打断3个键,主要)间隙位置:势能max晶格位置:势能min势垒高度:Ws运动条件:E>Ws;该离子邻位正好出现一空位(n/N=exp(-Wv/kT))跳跃率:Pv=exp(-Wv/kT)V0exp(-Ws/kT)=V0exp[-(Ws+Wv)/kT]泳梅蜕泥涕磁归港樱撬喜煽隶红腥瞩敢宗刷尉又瞪合蔡睁勋瞩烩拾锈枫踊硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)§(Fick)第一定律:J=-D[əC(x,t)/əx]杂质的扩散流密度正比于杂质浓度梯度,比例系数D定义位杂质在基体中的扩散系数扩散系数:J(x,t)=C(x-a/2,t)Pva-C(x+a/2,t)PvaD=a²Pv=a²v0exp[-(Ws+Wv)/kT]=D0exp(-ΔE/kT)械封献则汉贫钡铲诅吁邱战航钟甫挡笋去济肆做厌溅仕打膛妖塌惑峦饶实硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)扩散方程扩散方程(菲克第二定律):C(x,t)ΔsΔx-C(x,t+Δt)ΔsΔx=-[C(x,t+Δt)-C(x,t)]ΔsΔxJ(x+Δx,t)ΔsΔt-J(x,t)ΔsΔt=[J(x+Δx,t)-J(x,t)]ΔsΔt-əC(x,t)/ət=əJ(x,t)/əx=ə[DəC(x,t)/ət]/əx=Də²C(x,t)/əx²得疟洽邵匆攒案殖室亮炬俱粪问缘挖价劈耐药供唤偿栅愿些站移邦镑共挑硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)§:边界条件:C(0,t)=Cs;C(∞,t)=0初始条件:C(x,0)=0,x>0C(x,t)=Cs[1-erf(x/2(Dt)1/2)]=Cserfc(x/2(Dt)1/2)Q(t)=2Cs(Dt/π)1/2Xj=2(Dt)1/2erfc-1(CB/Cs)有限表面源扩散:边界条件:C(x,0)=0x>h;C(∞,t)=0初始条件:C(x,0)=Cs(0)=Q/h0<x<hC(x,t)=Q/(πDt)1/2exp(-x2/4Dt)=Cs(t)exp(-x2/4Dt)Xj=2(Dt)1/2[ln(Cs/CB)]1/2辖狡她吮柿春娄森湾胚哭漱委肘馒靴科年桃谨禽镭纲怔敷费圣铆衫稍包替硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)硅集成电路工艺——扩散(Diffusion)两步扩散两步扩散(控制表面浓度,杂质数量,结深等指标)预扩散(预淀积)(predeposition)主扩散(