【正文】 在電流方向所呈現的電阻 。 擴散方法 ? 從雜質組分看有：單質元素、化合物和混合物擴散 ? 從雜質在常溫下所處的狀態(tài)看有：固態(tài)源擴散、液態(tài)源擴散和涂布源擴散等 銻擴散箱示意圖 ? 常用的幾種擴散方法 一 固態(tài)源擴散 1，銻的箱法擴散 :硅片與擴散源同放一箱內，在 N2保護下擴散 。 4. 7 擴散層質量檢驗 ? 條件：待測樣品的長、寬比探針間距大很多 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 68 2，范德堡測試圖 4 .5 3 2l n 2S VVR w I I??? ? ? ?ⅰ ，參數結果準確； ⅱ ，適用范圍廣，可以 測量常規(guī)方法難以獲得的一些工藝參數； ⅲ ，占用面積不大； ⅳ ，測試方法簡單； 范德堡圖形 圖中，正十字的中心部分是測試其方塊電阻的有效區(qū)域 由中 心伸出的四條邊稱為引出臂 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 69 二、結深 Xj測量 ? 常用磨角法和滾槽法 jXS inl? ?? 直接測量 ? 染色原理：當在結面上滴有染色液時，結兩側的硅與染色液形成微電池，兩個極區(qū)反應不同，于是染色出現差異，結面被顯示出來； ? 這兩種方法都是利用 P區(qū)和 N區(qū)在染色上的差異，使 PN結的界面顯現出來，測量其深度； 1，磨角法 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 70 ? 干涉法測量 2jXN???λ ：光源波長 N：干涉條紋數 ? 滾槽法 2jX Y X YXRD????D: 滾槽直徑 X、 Y由顯微鏡讀出 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 71 ? 染色方法： ? 化學染色 濃 HNO3 滴入 0?1?0?5％（體積）的 HF，制成染色液，樣品放入幾分鐘， P區(qū)會變暗； ? 化學鍍 CUSO4 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 81 三，薄層電阻偏差 薄層電阻偏差超規(guī)范是擴散工藝最常見的質量問題，其主要因素有： 1，擴散爐溫失控或不穩(wěn)定； 2，用 CVD法預淀積時，氣體流量不穩(wěn)定或熱板溫度不穩(wěn)定； 3，用其它方法預淀積時，攜帶源的氣體流量不穩(wěn)定，或源溫失控； 4，預淀積或再擴散時氣體管路泄漏或氣體含有雜質； 5，有殘留氧化層或清洗過程產生較厚的自然氧化膜阻礙了雜質擴散； 6，預淀積或再擴散過程中設備的故障或誤動作； 7，操作人員的誤操作； Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 82 ?光刻圖形邊緣不整齊 (有毛刺）擴散后 PN結出現尖鋒； ?外延層的層錯、位錯密度過高，以及表面存在合金點、破壞點時，擴散后使得 PN結面上出現尖鋒凸起（有時稱管道）； ? 集電結的表面處有針孔存在，發(fā)射區(qū)擴散時，這些針孔下面的集電結上就有 N＋ 區(qū)出現； 四，器件特性異常 主要是檢測器件的擊穿電壓異常； hFE不合規(guī)范；小電流時 hFE過低；穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓不合規(guī)范；電阻呈非線性等。 利用金屬探針與半導體材料接觸，從電流－電壓曲線原點附近的特性來定出材料電阻率的一種方法。 磷預淀積裝置示意圖 二、液態(tài)源擴散 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 65 ?源： B — B(CH3O)3 。 ? 使擴散結果具有良好的均勻性和重復性； ? 以晶體管的硼擴散為例： 硼擴散采用預淀積和再分布兩部擴散法 1 預淀積溫度 T和時間 t是如何確定的？ （ 1）預淀積的目的：使硅片表面擴入足夠的雜質 —再分布能否達到設計要求的 NS2和 Xj的先決條件； Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 51 （ 2）預淀積時擴入單位面積的雜質總量 11112 SDtQN??? Q1由 NS2和 Xj決定。 ? 解決辦法： 尋求一種與基區(qū)雜質原子半徑相接近的原子以減小晶格的應變 。 2， 結論： 欲通過有限表面源擴散獲得一定要求的表面雜質濃度和雜質分布，就必須在預淀積時獲得適量的雜質總量 Q，并控制好再分布擴散的溫度時間。 1) 雜質擴散系數對溫度的關系 D隨溫度 T變化迅速 , T越高 , D越大 。 的雜質濃度及其分布 ,以滿足不同的要求 。 擴散工藝參量與擴散工藝條件的選擇 167。 擴散機理 167。 —固 –固擴散、氣 –固擴散 。 在集成電路工藝中，將一定數量和一定種類的雜質摻入硅片中的工藝。 幾種雜質在硅中的固溶度 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 9 四 硅體內雜質原子的擴散機構 ? 擴散最基本的兩種機制 1 替位式擴散 雜質原子進入硅晶體以后，雜質原子沿著晶格空位跳躍前進的一種擴散； ? 替位式擴散機構的特征：雜質原子占據晶體晶格格點的正常位置，不改變晶體結構； 替代式雜質 P， B， As, Al, Ga, Sb, Ge ?int ~ 3 – 4 eV Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 10 2 間隙式擴散 雜質原子在進入硅晶體之后，從一個原子的間隙到另一個原子間隙逐次跳躍前進的一種擴散； ? 間隙式擴散機構的特征：雜質原子只存在于晶體原子的間隙之中，擴散的速率一般較替位式要快； 3 有些雜質同時具有替位式和間隙式兩種擴散結構，它們的有效擴散系數則由這兩個獨立的擴散系數權重結合給出； 間隙式雜質： O, Au, Fe, Cu, Ni, Zn,Mg ?int ~ – eV Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 11 167。 ?高濃度雜質擴散易產生場助效應 ???????????2i2 n4CC1De f fD式中 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 32 這種場助效應對于低濃度的 B雜質影響更大！ Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 33 三 擴散系數與雜質濃度的關系 ? 實驗發(fā)現擴散系數與雜質濃度有關，只有當雜質濃度比擴散溫度下的本征載流子濃度 ni(T)低時，才可以認為擴散系數是與摻雜濃度無關的函數，這時的擴散系數稱為本征擴散系數，用 Di表示； ? 把依賴于摻雜濃度的擴散系數稱為非本征擴散系數，用 De表示； 當雜質濃度增加時，擴散系數增大。 ? 薄層電阻也稱方塊電阻 ,用 ?/?表示 。 ? 擴散方法分類：多以雜質來源區(qū)分 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 58 ? 源： Sb2O3 : SiO2 = 1 : 4 (粉末重量比 ) 2Sb2O3 + 3Si = 4Sb + 3SiO2 ? 要求： Rs 20 Ω/ ? ? 問題： 源易粘片、硅片易變形、重復性差、產量小、硅片表面易產生合金點，影響外延質量，難獲高的表面濃度 。5H2O:HF(48％ )?H2O?5克 ?2ml?50ml 浸沒硅片，光照約 30?；由于， n型硅的電化學勢比 Cu高，置換出 Cu淀積在 n型硅的表面，呈紅色。 1，擊穿電壓異常 （ 1）分段擊穿（管道型擊穿） Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 83 ? 磷擴散時發(fā)射區(qū)窗口的沾污引起分段擊穿 Semiconductor VLSI Process Principle 半導體集成電路工藝原理 84 ? 發(fā)射區(qū)擴散控制不好，使基區(qū)寬度過窄，導致 ec 和 bc之間擊穿電壓大為降低； ? PN結尖鋒面