微細(xì)加工擴(kuò)散ppt課件(已修改)
2025-05-11 00:57 本頁(yè)面
【正文】 第 3 章 擴(kuò) 散 “擴(kuò)散” 是一種基本的摻雜技術(shù)。通過(guò)擴(kuò)散可將一定種類(lèi)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(kuò)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(shí)，相當(dāng)于在硅中僅摻入了百萬(wàn)分之幾的雜質(zhì)。 摻雜技術(shù)的種類(lèi) 擴(kuò)散 離子注入 中子嬗變 一維 費(fèi)克 擴(kuò)散方程 本質(zhì)上 ， 擴(kuò)散是微觀粒子作不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果 。 這種運(yùn)動(dòng)總是由粒子濃度較高的地方向著濃度較低的地方進(jìn)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(kuò)散就越快 。 在一維情況下 ， 單位時(shí)間內(nèi)垂直擴(kuò)散通過(guò)單位面積的粒子數(shù) ， 即擴(kuò)散粒子的流密度 J ( x , t ) ， 與粒子的濃度梯度成正比 ，即 費(fèi)克第一定律 ， ( , )( , ) N x tJ x t Dx????式中 ， 負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散由高濃度處向著低濃度處進(jìn)行 。 比例系數(shù) D 稱(chēng)為粒子的 擴(kuò)散系數(shù) ， 取決于粒子種類(lèi)和擴(kuò)散溫度 。 典型的擴(kuò)散溫度為 900℃ ~1200℃ 。 D 的大小直接表征著該種粒子擴(kuò)散的快慢 。 將費(fèi)克第一定律 22( , ) ( , )N x t N x tDtx?? ??? 針對(duì)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(chēng)為 費(fèi)克第二定律 。 假定雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù) D 是與雜質(zhì)濃度 N 無(wú)關(guān)的常數(shù)，則可得到雜質(zhì)的 擴(kuò)散方程 ( , )N x t Jtx??????代入 連續(xù)性方程 ( , )( , ) N x tJ x t Dx???? 擴(kuò)散的原子模型 雜質(zhì)原子在半導(dǎo)體中進(jìn)行擴(kuò)散的方式有兩種。以硅中的擴(kuò)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(jìn)去，即所謂 “填隙式” 擴(kuò)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(diǎn)的位置，再依靠周?chē)盏母顸c(diǎn)（即 空位 ）進(jìn)行擴(kuò)散 ，即所謂 “替位式” 擴(kuò)散。 填隙式擴(kuò)散的速度比替位式擴(kuò)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(kuò)散激活能 ， D00、 D0 等代表與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)，取決于晶格振動(dòng)頻率和晶格幾何結(jié)構(gòu)。 對(duì)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(kuò)散系數(shù) ， 實(shí)際的擴(kuò)散系數(shù) D 是所有不同帶電狀態(tài)空位的擴(kuò)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(kuò)散溫度下 的本征載流子濃度； n 與 p 分別代表擴(kuò)散溫度下 的電子與空穴濃度，可由下式求得
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