半導(dǎo)體制造工藝_08擴散(下)

1、半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 1 上節(jié)課主要內(nèi)容上節(jié)課主要內(nèi)容 1、摻雜工藝一般分為、摻雜工藝一般分為 哪兩步？結(jié)深？薄層電哪兩步？結(jié)深？薄層電 阻？固溶度？阻？固溶度？ 2、兩種特殊條件下的費、兩種特殊條件下的費 克第二定律的解及其特克第二定律的解及其特 點？特征擴散長度？點？特征擴散長度？ 預(yù)淀積退火。預(yù)淀積：氣固相預(yù)淀積預(yù)淀積退火。預(yù)淀積：氣固相預(yù)淀積 擴散或離子注入。擴散或離子注入。Rs：表面為正方形的：表面為正方形的 半導(dǎo)體薄層（結(jié)深），在平行電流方向半導(dǎo)體薄層（結(jié)深），在平行電流方向 所呈現(xiàn)的電阻，單位為所呈現(xiàn)的電阻，單位為 /，反映，反映擴散擴散

2、入硅內(nèi)部的凈雜質(zhì)入硅內(nèi)部的凈雜質(zhì)總量。總量。固溶度：在平固溶度：在平 衡條件下，雜質(zhì)能溶解在硅中而不發(fā)生衡條件下，雜質(zhì)能溶解在硅中而不發(fā)生 反應(yīng)形成分凝相的最大濃度。反應(yīng)形成分凝相的最大濃度。 表面濃度恒定，余誤差函數(shù)分布表面濃度恒定，余誤差函數(shù)分布(erfc)。 隨時間變化：雜質(zhì)總量增加，擴散深度隨時間變化：雜質(zhì)總量增加，擴散深度 增加增加 雜質(zhì)總量恒定，高斯函數(shù)雜質(zhì)總量恒定，高斯函數(shù)/正態(tài)分布正態(tài)分布 (Gaussian)。隨時間變化：表面濃度下降，隨時間變化：表面濃度下降， 結(jié)深增加結(jié)深增加 Dt x CtxC s 2 erfc, Dt x Dt Q txC T 4 exp, 2 半導(dǎo)體

3、制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 2 如何判斷對費克定律應(yīng)用何種解析解？如何判斷對費克定律應(yīng)用何種解析解？ 當(dāng)表面濃度為固溶度時，意味著該分布是余誤差分布當(dāng)表面濃度為固溶度時，意味著該分布是余誤差分布 當(dāng)表面濃度較低時，意味著該分布是經(jīng)過長時間的推進當(dāng)表面濃度較低時，意味著該分布是經(jīng)過長時間的推進 過程，是高斯分布。過程，是高斯分布。 費克定律解析解的應(yīng)用費克定律解析解的應(yīng)用 本征擴散時，理想邊界條件下的解。實際情況需要修正，如：本征擴散時，理想邊界條件下的解。實際情況需要修正，如： 高濃度高濃度 電場效應(yīng)電場效應(yīng) 雜質(zhì)分凝雜質(zhì)分凝 點缺陷點缺陷 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六

4、章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 3 例題：例題：CMOS中的中的p阱的形成。要求表面濃度阱的形成。要求表面濃度Cs=4x1017 cm-3， 結(jié)深結(jié)深xj=3 m mm。 已知襯底濃度為已知襯底濃度為CB=11015 cm3。 設(shè)計該工藝過程。設(shè)計該工藝過程。 離子注入離子注入 退火退火 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 4 假定推進退火獲得的結(jié)深，則根據(jù)假定推進退火獲得的結(jié)深，則根據(jù) 該數(shù)值為推進擴散的該數(shù)值為推進擴散的“熱預(yù)算熱預(yù)算”。 Dt x Dt Q txC 4 exp, 2 29 15 17 2 4 2 cm107 . 3 10 104 ln4 1

5、03 ln4 B s j C C x Dt Dt x CC j sB 4 exp 2 解：解：1）假設(shè)離子注入）假設(shè)離子注入+推進退火推進退火 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 5 2）推進退火的時間）推進退火的時間 假定在假定在1100 C進行推進退火，則擴散系數(shù)進行推進退火，則擴散系數(shù)D=1.510-13 cm2/s 3）所需離子注入的雜質(zhì)劑量）所需離子注入的雜質(zhì)劑量 可以推算出可以推算出 該劑量可以很方便地用離子注入實該劑量可以很方便地用離子注入實 現(xiàn)在非常薄的范圍內(nèi)的雜質(zhì)預(yù)淀積現(xiàn)在非常薄的范圍內(nèi)的雜質(zhì)預(yù)淀積 hours8 . 6 seccm105 . 1 c

6、m107 . 3 213 29 indrive t 213917 cm103 . 4107 . 3104 DtCQ s 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 6 4）假如采用）假如采用950 C熱擴散預(yù)淀積而非離子注入熱擴散預(yù)淀積而非離子注入 預(yù)淀積時間為預(yù)淀積時間為 此時，此時，B的固溶度為的固溶度為2.51020/cm3，擴散系數(shù)，擴散系數(shù)D=4.210-15 cm2/s 該預(yù)淀積為余誤差分布，則該預(yù)淀積為余誤差分布，則 但是預(yù)淀積時間過短，工藝無法實現(xiàn)。應(yīng)改為離子注入！但是預(yù)淀積時間過短，工藝無法實現(xiàn)。應(yīng)改為離子注入！ Dt CQ s 2 sec5 . 5 102

7、 . 4105 . 22 103 . 4 15 2 20 13 deppre t 即使即使 9 indrive 14 deppre 107 . 3103 . 2 DtDt 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 7 影響雜質(zhì)分布的其他因素影響雜質(zhì)分布的其他因素 Ficks Laws： Only valid for diffusion under special conditions Simplification ! 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 8 1、電場效應(yīng)（、電場效應(yīng)（Field effect）非本征擴散非本征擴散 電場的產(chǎn)生：由于載

8、流子電場的產(chǎn)生：由于載流子 的遷移率高于雜質(zhì)離子，的遷移率高于雜質(zhì)離子， 二者之間形成內(nèi)建電場。二者之間形成內(nèi)建電場。 載流子領(lǐng)先于雜質(zhì)離子，載流子領(lǐng)先于雜質(zhì)離子， 直到內(nèi)建電場的漂移流與直到內(nèi)建電場的漂移流與 擴散流達到動態(tài)平衡。擴散流達到動態(tài)平衡。 如果如果NA、NDni（擴散溫度下）時，非本征擴散效應(yīng)（擴散溫度下）時，非本征擴散效應(yīng) 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 9 所以，雜質(zhì)流由兩部分組成：所以，雜質(zhì)流由兩部分組成： 內(nèi)建電場內(nèi)建電場 以以n型摻雜為例型摻雜為例 ， EC x C DFFF driftdiffusiontotal m m D kT q m

9、 ii n n C x DC n n x DC x C DFlnln x i n n q kT ln 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 10 DA i AD NNC nnp nNpN 2 由由 并并假定雜質(zhì)全部離化假定雜質(zhì)全部離化，有，有 2 4 22 CnC n i 場助擴散方程：場助擴散方程： x C hDF 其中其中h為擴散系數(shù)的電場增強因子：為擴散系數(shù)的電場增強因子：22 4 1 i nC C h 當(dāng)摻雜濃度遠大于本征載流子濃度時，當(dāng)摻雜濃度遠大于本征載流子濃度時，h 接近接近 2。 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 11 電場效

10、應(yīng)對于低濃度本體雜質(zhì)分布影響更大電場效應(yīng)對于低濃度本體雜質(zhì)分布影響更大 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 12 2、擴散系數(shù)與雜質(zhì)濃度的關(guān)系、擴散系數(shù)與雜質(zhì)濃度的關(guān)系 在雜質(zhì)濃度很高在雜質(zhì)濃度很高 時，擴散系數(shù)不時，擴散系數(shù)不 再是常數(shù)，而與再是常數(shù)，而與 摻雜濃度相關(guān)摻雜濃度相關(guān) 擴散方程改寫為：擴散方程改寫為： 箱型箱型 x C D xt C eff A 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 13 2 0 ii eff A n n D n n DDD 2 0 ii eff A n p D n p DDD p型摻雜型摻雜 n型摻雜型摻雜 、

11、族元素在硅中的擴散運動是建立在雜質(zhì)與空位相互作用族元素在硅中的擴散運動是建立在雜質(zhì)與空位相互作用 的基礎(chǔ)上的，摻入的施主或受主雜質(zhì)誘導(dǎo)出了大量荷電態(tài)空位，的基礎(chǔ)上的，摻入的施主或受主雜質(zhì)誘導(dǎo)出了大量荷電態(tài)空位， 從而增強了擴散系數(shù)。從而增強了擴散系數(shù)。 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 14 非本征摻雜擴散系數(shù)比本征摻非本征摻雜擴散系數(shù)比本征摻 雜擴散系數(shù)雜擴散系數(shù)高一個數(shù)量級高一個數(shù)量級！ 由于非本征摻雜的擴散系數(shù)在由于非本征摻雜的擴散系數(shù)在 摻雜邊緣迅速衰減，因而出現(xiàn)摻雜邊緣迅速衰減，因而出現(xiàn) 邊緣陡峭的邊緣陡峭的“箱型箱型”分布。分布。 sec/cm1066.

12、 1 214 As D 箱型箱型 1000 C下，非本征擴散系數(shù)：下，非本征擴散系數(shù)： 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 15 對于對于B，P來說，在氧化過程中，其擴散系數(shù)增加。來說，在氧化過程中，其擴散系數(shù)增加。 對對Sb來說，擴散系數(shù)減小。來說，擴散系數(shù)減小。 雙擴散機制雙擴散機制: 雜質(zhì)可以通過空位和間隙兩種方式擴散雜質(zhì)可以通過空位和間隙兩種方式擴散 3、氧化增強、氧化增強/抑制擴散（抑制擴散（oxidation enhanced / retarded diffusion）OED/ORD 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 16 1

13、）OED：對于原子B或P來說，其在硅中的擴散可以 通過間隙硅原子進行。氧化時由于體積膨脹，造成大 量Si間隙原子注入，增加了B和P的擴散系數(shù) （12 ）Si2OI2 VSiO22 Istress A+IAI 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 17 2）ORD：對于Sb來說，其在硅中的擴散主要是 通過空位進行。 氧化注入間隙間隙和空位在硅中復(fù)合 硅中空位濃度減小Sb的擴散被抑制 I+VSis 表示晶格上表示晶格上 的的Si原子原子 As受間隙和空位受間隙和空位 擴散兩種機制控擴散兩種機制控 制，氧化時的擴制，氧化時的擴 散受影響較小散受影響較小 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第

14、六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 18 4、發(fā)射極推進效應(yīng)（、發(fā)射極推進效應(yīng)（Emitter Push effect） 實驗現(xiàn)象：在實驗現(xiàn)象：在P（磷）發(fā)射區(qū)下的（磷）發(fā)射區(qū)下的B擴散比旁邊的擴散比旁邊的B擴散快，擴散快， 使得基區(qū)寬度改變。使得基區(qū)寬度改變。 AIAI，由于發(fā)射區(qū)內(nèi)大量由于發(fā)射區(qū)內(nèi)大量A(P)I的存在使得反應(yīng)向左進的存在使得反應(yīng)向左進 行，通過行，通過摻雜原子摻雜原子A(P)向下擴散并找到晶格位置的同時，向下擴散并找到晶格位置的同時， 釋放大量的釋放大量的間隙原子間隙原子I，產(chǎn)生所謂，產(chǎn)生所謂“間隙原子泵間隙原子泵”效應(yīng)效應(yīng)，加，加 快了硼的擴散?？炝伺鸬臄U散。 Pho

15、sphorus Boron 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 19 常用雜質(zhì)硼（常用雜質(zhì)硼（B），磷（），磷（P），砷（），砷（As）在硅中的性質(zhì)）在硅中的性質(zhì) 1）硼）硼 B: III族元素，受主雜質(zhì)，族元素，受主雜質(zhì)， 1150 時固溶度達時固溶度達 2.41020 原子原子/cm3 D0=1 cm2/s Ea=3.46 eV 高濃度摻雜高濃度摻雜 如考慮場助效應(yīng)如考慮場助效應(yīng) h 電場增強因子電場增強因子 s /cm eV46. 3 exp0 . 1exp 200 kTkT E DDDD a iii i a i iie n p kT E D n p DDDex

16、p 00 i iie n p DDhD 0 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 20 2）磷）磷 族元素，施主原子，有吸收族元素，施主原子，有吸收 銅、金等快擴散雜質(zhì)的性質(zhì)（這銅、金等快擴散雜質(zhì)的性質(zhì)（這 些雜質(zhì)在缺陷處淀積會產(chǎn)生漏電些雜質(zhì)在缺陷處淀積會產(chǎn)生漏電 ）,固溶度達固溶度達51021 原子原子/3。 磷的本征擴散系數(shù)主要由中性磷的本征擴散系數(shù)主要由中性 空位空位V0作用決定。作用決定。 高濃度磷擴散高濃度磷擴散時濃度分布有三時濃度分布有三 個區(qū)域。主要是磷離子與個區(qū)域。主要是磷離子與V0，V-， V=三種空位的作用造成的。三種空位的作用造成的。 溫度為溫度為

17、1000 時，尾區(qū)時，尾區(qū) 的擴散系數(shù)的擴散系數(shù)比本征情況比本征情況 下的擴散系數(shù)大二個數(shù)下的擴散系數(shù)大二個數(shù) 量級。因此磷常作為深量級。因此磷常作為深 結(jié)擴散的雜質(zhì)結(jié)擴散的雜質(zhì) s/cm eV68. 3 exp70. 4 2 kT Di 2 0 i i i iie n n D n n DDhD 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 21 3）砷）砷 族元素，施主雜質(zhì)，半徑與硅相同，族元素，施主雜質(zhì)，半徑與硅相同， 擴散系數(shù)小，僅磷、硼的十分之一。擴散系數(shù)小，僅磷、硼的十分之一。 在高摻雜情況下也不引起畸變。在高摻雜情況下也不引起畸變。 在硅晶體中，砷激活量低于摻雜量，

18、電激活濃度達在硅晶體中，砷激活量低于摻雜量，電激活濃度達 21021 -3 適宜于淺結(jié)，精確控制適宜于淺結(jié)，精確控制 s/cm eV99. 3 exp17. 9 2 kT Di i iie n n DDhD 0 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 22 氣態(tài)相源擴散（氣態(tài)相源擴散（gas source） 液態(tài)源擴散（液態(tài)源擴散（liquid source） 固態(tài)源擴散（固態(tài)源擴散（solid source） 旋涂源擴散（旋涂源擴散（spin-on-glass） 注意：在引入擴散源后作推進擴散時，常常會在硅片上表面注意：在引入擴散源后作推進擴散時，常常會在硅片上表面 有

19、一氧化層或其它覆蓋層保護硅片，使硅片中的雜質(zhì)不會有一氧化層或其它覆蓋層保護硅片，使硅片中的雜質(zhì)不會 揮發(fā)到大氣中去。揮發(fā)到大氣中去。 擴散摻雜工藝擴散摻雜工藝 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 23 1、氣態(tài)源擴散、氣態(tài)源擴散 利用載氣（如利用載氣（如N2）稀釋雜質(zhì)氣體，雜質(zhì)氣體在高溫下與硅表）稀釋雜質(zhì)氣體，雜質(zhì)氣體在高溫下與硅表 面硅原子發(fā)生反應(yīng)，釋放出雜質(zhì)原子向硅中擴散。面硅原子發(fā)生反應(yīng)，釋放出雜質(zhì)原子向硅中擴散。 氣態(tài)雜質(zhì)源氣態(tài)雜質(zhì)源(劇毒氣體劇毒氣體) : 磷烷（磷烷（PH4）、砷烷（）、砷烷（AsH3）、氫）、氫 化銻（化銻（SbH3）、乙硼烷（）、乙硼烷

20、（H2B6）等）等 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 24 2、液態(tài)源擴散、液態(tài)源擴散 利用載氣（如利用載氣（如N2）通過液態(tài)雜質(zhì)源，攜帶著雜質(zhì)蒸汽進）通過液態(tài)雜質(zhì)源，攜帶著雜質(zhì)蒸汽進 入高溫擴散反應(yīng)管，雜質(zhì)蒸汽在高溫下分解，并與硅表入高溫擴散反應(yīng)管，雜質(zhì)蒸汽在高溫下分解，并與硅表 面硅原子發(fā)生反應(yīng)，釋放出雜質(zhì)原子向硅中擴散。面硅原子發(fā)生反應(yīng)，釋放出雜質(zhì)原子向硅中擴散。 舟舟 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 25 1）液態(tài)源硼擴散）液態(tài)源硼擴散 源源 硼酸三甲脂硼酸三甲脂 B(CH3)O3 在在500 oC 以上分解反應(yīng)以上分解反應(yīng) B

21、(CH3)O3 B2O3 + CO2 + H2O . 2B2O3 + 3Si 3SiO2 + 4B 例：例： 預(yù)淀積預(yù)淀積: 950 oC 通源通源 1020 分鐘，分鐘，N2 再分布再分布: 1100 1200 o C干氧濕氧干氧干氧濕氧干氧 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 26 2）液態(tài)源磷擴散）液態(tài)源磷擴散 源源 三氯氧磷三氯氧磷 (POCl3) 600 C 5POCl3 P2O5 + 3PCl5 2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P (向硅中擴散向硅中擴散) PCl5難分解，會腐蝕硅，故還要通入少量難分解，會腐蝕硅，故還要通入少量O2 4PCl

22、5 + 5O2 2P2O5 + 10Cl2 例例 ： 預(yù)淀積預(yù)淀積 :1050 C N2 和和 O2 再分布再分布: 950 C O2 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 27 3、固態(tài)源擴散、固態(tài)源擴散 （B2O3，P2O5，BN等）等） 舟舟 惰性氣體作為載氣把雜質(zhì)源蒸氣輸運到硅片表面，在擴惰性氣體作為載氣把雜質(zhì)源蒸氣輸運到硅片表面，在擴 散溫度下，雜質(zhì)化合物與硅反應(yīng)生成單質(zhì)雜質(zhì)原子相硅散溫度下，雜質(zhì)化合物與硅反應(yīng)生成單質(zhì)雜質(zhì)原子相硅 內(nèi)擴散。內(nèi)擴散。 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 28 銻的箱法擴散銻的箱法擴散 硅片與擴散源同放一

23、箱內(nèi)，硅片與擴散源同放一箱內(nèi)， 在在N2氣保護下擴散氣保護下擴散 源源 ： Sb2O3 : SiO2 = 1:4 (粉末重量比粉末重量比) 2Sb2O3 + 3Si = 4Sb + 3SiO2 片狀固態(tài)氮化硼擴散片狀固態(tài)氮化硼擴散 活化處理活化處理 4BN + 3O2 2B2O3 + 2N2 900 C 1 h. 通通 O2 擴散擴散 2B2O3 + 3Si 3SiO2 + 4B BN片與硅片大小相當(dāng)，和硅片相間均勻放置在舟上。片與硅片大小相當(dāng)，和硅片相間均勻放置在舟上。 不需載氣，但以不需載氣，但以N2或或Ar2保護。保護。 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 29

24、 4、 旋涂摻雜法（旋涂摻雜法（spin-on-glass） 用旋涂法在用旋涂法在Si表面形成摻雜氧化層，然后在高溫表面形成摻雜氧化層，然后在高溫 下雜質(zhì)向硅中擴散。下雜質(zhì)向硅中擴散。 源：源： As（arsenosilica）；）； Sb（antimonysilica）；）； B （borosilica）；）； P（phosphorosilica） 烘焙烘焙 200 C 15分鐘去處溶劑分鐘去處溶劑 根據(jù)根據(jù)Rs和和xj要求決定擴散溫度和時間要求決定擴散溫度和時間 特點特點 ：摻雜元素多：摻雜元素多 濃度范圍廣濃度范圍廣 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 30 擴

25、散層質(zhì)量檢驗擴散層質(zhì)量檢驗 薄層電阻測量薄層電阻測量 結(jié)深測量結(jié)深測量 摻雜分布測量摻雜分布測量 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 31 四探針薄層電阻測量四探針薄層電阻測量 四根探針的四個針尖都保持在一四根探針的四個針尖都保持在一 條直線上（條直線上（linear），并以等壓力），并以等壓力 壓在半導(dǎo)體樣品表面。壓在半導(dǎo)體樣品表面。1和和4稱為稱為 電流探針，由穩(wěn)壓電源恒電流供電流探針，由穩(wěn)壓電源恒電流供 電；電；3和和4稱為電位探針，測量這稱為電位探針，測量這 兩個探針之間的電位差兩個探針之間的電位差 I V I V x R x I V j s j 53. 4

26、2ln 2ln V I t S S S S t時成立！時成立！ 1 432 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 32 結(jié)深測量結(jié)深測量 磨角染色法（磨角染色法（bevel and stain） vpn結(jié)顯示技術(shù)：不同導(dǎo)電類型的區(qū)域，由于電 化學(xué)勢不同，經(jīng)染色后顯示出不同顏色。 v常用染色液：HF與01HNO3的混合液，使p 區(qū)的顯示的顏色比n區(qū)深。 Bevel x j 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 33 摻雜分布測量摻雜分布測量 CV測量（測量（Capacitance- Voltage Measurement） 測量結(jié)的反偏電容和電壓的

27、關(guān)系測量結(jié)的反偏電容和電壓的關(guān)系 可以測得擴散層的摻雜分布?？梢詼y得擴散層的摻雜分布。 VR 1/C2 對于均勻摻雜的單邊突變結(jié)，結(jié)電對于均勻摻雜的單邊突變結(jié)，結(jié)電 容由下式給出：容由下式給出： s 硅的介電常數(shù)硅的介電常數(shù); NB 襯底摻雜濃度襯底摻雜濃度 Vbi 結(jié)的內(nèi)建勢結(jié)的內(nèi)建勢; VR 反偏電壓反偏電壓 q kT VV Nq AVC Rbi Bs 2 2 0 dV C d qA WN s 2 0 2 1 2 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 34 二次離子質(zhì)譜（二次離子質(zhì)譜（Secondary Ion Mass Spectroscopy, SIMS） 用高

28、能離子束轟擊樣品，使用高能離子束轟擊樣品，使 其產(chǎn)生正負二次離子，將這其產(chǎn)生正負二次離子，將這 些二次離子引入質(zhì)譜儀進行些二次離子引入質(zhì)譜儀進行 分析，再由檢測系統(tǒng)收集，分析，再由檢測系統(tǒng)收集， 據(jù)此識別樣品的組分。據(jù)此識別樣品的組分。 Mass Spec Detector Sputter Gun 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章第六章 擴散原理擴散原理 (下下) 35 非本征擴散 前面討論對于恒定擴散系數(shù)而言，只發(fā)生在摻雜濃度低于擴散溫度下的 本征載流子濃度ni時。當(dāng)雜質(zhì)濃度大于ni時，擴散系數(shù)變得與濃度有關(guān)， 稱為非本征擴散。非本征擴散區(qū)內(nèi)，同時擴散或相繼擴散的雜質(zhì)之間存 在著相互作用和協(xié)同效應(yīng)

29、，使擴散更為復(fù)雜。 與濃度有關(guān)的擴散 當(dāng)基質(zhì)原子離開晶格位置而產(chǎn)生空位，依照空位的電荷數(shù)，可有中性空 位V0、受主空位V、雙電荷受主V2、施主空位V+等?？梢灶A(yù)期，某種 帶電狀態(tài)下的空位密度，有類似與載流子濃度的溫度相關(guān)性。 exp() Fi Vi EE CC kT 如果雜質(zhì)擴散以空位擴散為主，則D正比于空位密度。低摻雜濃度時， EFEi，空位密度等于Ci而與雜質(zhì)濃度無關(guān)。正比與Ci的D也將和雜質(zhì)濃 度無關(guān)。高摻雜濃度時，EF向?qū)У滓苿?，指?shù)項大于1，這是CV增大， 進而是D變大。如上圖的右側(cè)所示。 () s s C DD C 考慮擴散系數(shù)時，D可以寫成： Cs為表面濃度，Ds為表面擴散系數(shù)，是用來描述與濃度有關(guān)的參數(shù)。 擴散方程式為： () CFC D txxx 可將擴散方程式寫成一常微分方程式并以數(shù)值法求解。 結(jié)深可以用下式表示 1.6,1 js xDtD C當(dāng)（ ） 2 1.1,2 js xD tDC當(dāng)（ ） 3 0.87,3 js xD tDC當(dāng)（ ） 擴散分布硅中的擴散