微細加工擴散ppt課件(已修改)
2025-05-11 00:57 本頁面
【正文】 第 3 章 擴 散 “擴散” 是一種基本的摻雜技術(shù)。通過擴散可將一定種類和數(shù)量的雜質(zhì)摻入硅片或其它晶體中，以改變其電學(xué)性質(zhì)。摻雜可形成 PN 結(jié)、雙極晶體管的基區(qū)、發(fā)射區(qū)、隔離區(qū)和隱埋區(qū)、 MOS 晶體管的源區(qū)、漏區(qū)和阱區(qū) ，以及擴散電阻、互連引線、多晶硅電極等。 在硅中摻入少量 Ⅲ 族元素可獲得 P 型半導(dǎo)體，摻入少量 Ⅴ族元素可獲得 N 型半導(dǎo)體。摻雜的濃度范圍為 1014 ~ 1021 cm3，而硅的原子密度是 5 1022 cm3， 所以摻雜濃度為 1017 cm3 時，相當(dāng)于在硅中僅摻入了百萬分之幾的雜質(zhì)。 摻雜技術(shù)的種類 擴散 離子注入 中子嬗變 一維 費克 擴散方程 本質(zhì)上 ， 擴散是微觀粒子作不規(guī)則熱運動的統(tǒng)計結(jié)果 。 這種運動總是由粒子濃度較高的地方向著濃度較低的地方進行 ，從而使得粒子的分布逐漸趨于均勻 。 濃度差越大 ， 溫度越高 ，擴散就越快 。 在一維情況下 ， 單位時間內(nèi)垂直擴散通過單位面積的粒子數(shù) ， 即擴散粒子的流密度 J ( x , t ) ， 與粒子的濃度梯度成正比 ，即 費克第一定律 ， ( , )( , ) N x tJ x t Dx????式中 ， 負(fù)號表示擴散由高濃度處向著低濃度處進行 。 比例系數(shù) D 稱為粒子的 擴散系數(shù) ， 取決于粒子種類和擴散溫度 。 典型的擴散溫度為 900℃ ~1200℃ 。 D 的大小直接表征著該種粒子擴散的快慢 。 將費克第一定律 22( , ) ( , )N x t N x tDtx?? ??? 針對不同邊界條件和初始條件可求出方程的解 ， 得出雜質(zhì)濃度 N ( x , t ) 的分布 ， 即 N 與 x 和 t 的關(guān)系 。 上式又稱為 費克第二定律 。 假定雜質(zhì)擴散系數(shù) D 是與雜質(zhì)濃度 N 無關(guān)的常數(shù)，則可得到雜質(zhì)的 擴散方程 ( , )N x t Jtx??????代入 連續(xù)性方程 ( , )( , ) N x tJ x t Dx???? 擴散的原子模型 雜質(zhì)原子在半導(dǎo)體中進行擴散的方式有兩種。以硅中的擴散為例， O、 Au、 Cu、 Fe、 Ni、 Zn、 Mg 等不易與硅原子鍵合的雜質(zhì)原子，從半導(dǎo)體晶格的間隙中擠進去，即所謂 “填隙式” 擴散；而 P、 As、 Sb、 B、 Al、 Ga、 In 等容易與硅原子鍵合的雜質(zhì)原子，則主要代替硅原子而占據(jù)格點的位置，再依靠周圍空的格點（即 空位 ）進行擴散 ，即所謂 “替位式” 擴散。 填隙式擴散的速度比替位式擴散快得多。 000 aa00e x p , e x p , . . . . . .EED D D Dk T k T???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?其中 Ea0 、 Ea 等代表 擴散激活能 ， D00、 D0 等代表與溫度無關(guān)的常數(shù)，取決于晶格振動頻率和晶格幾何結(jié)構(gòu)。 對于替位式雜質(zhì) ， 不同帶電狀態(tài)的空位將產(chǎn)生不同的擴散系數(shù) ， 實際的擴散系數(shù) D 是所有不同帶電狀態(tài)空位的擴散系數(shù)的加權(quán)總和 ， 即 2 3 40 2 3 4i i i i2 3 42 3 4i i i in n n nD D D D D Dn n n np p p pD D D Dn n n n? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?式中， ni 代表 擴散溫度下 的本征載流子濃度； n 與 p 分別代表擴散溫度下 的電子與空穴濃度，可由下式求得
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