【正文】 積較大，且電阻很小，當加反偏時電流將突然變得很大，即成為低擊穿； 凡擊穿電壓 比正常值低的擊穿都屬于低壓擊穿，簡稱為低擊穿；其包括分段擊穿、軟擊穿以及電壓硬擊穿等。對于 突變結(jié) ，結(jié)電容由下式給出： C(V)=[q?sNB/2]1/2[Vbi?VR(2KT/q)]1/2 式中， ?s 為硅的介電常數(shù)， Nb 為襯底摻雜濃度，Vbi 為結(jié)的內(nèi)建勢， VR 為反偏電壓； Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 73 用擴展電阻法配合磨角法可在斜面上逐點測量擴展電阻，通過計算機系統(tǒng)可自動換算成電阻率和雜質(zhì)濃度分布，并可自動繪制出分布曲線 。源片不斷揮發(fā)雜質(zhì)，擴散不斷進行； ? 再分布時 ，去掉源后，在較高溫度下進行； ? 源片的處理 : ? BN片的活化處理： 900 ?C 1 h. 通 O2 4BN + 3O2 ? 2B2O3 + 2N2 ? 擴散 2B2O3 + 3Si ? 3SiO2 + 4B Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 63 ? B、 P微晶玻璃的處理 無需活化處理，只需脫脂、烘干即可使用 片狀源擴散裝置示意圖 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 64 利用氣體 (如 N2)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，并與硅表面硅原子發(fā)生反應(yīng)，釋放出雜質(zhì)原子向硅中擴散。即， 再分布的表面濃度由預(yù)淀積的雜質(zhì)總量 Q 和再分布的溫度和時間決定； Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 48 ? 在結(jié)深相同的情況下，預(yù)淀積的雜質(zhì)總量越大， 再分布后的表面濃度 NS2就越大； 雜質(zhì)總量 Q對再分布表面濃度 NS2的影響 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 49 ?再分布過程中，擴散與氧化同時進行，有一部分雜質(zhì) Q2要積聚到所生長的 SiO2層中；則，表面濃度可由預(yù)淀積雜質(zhì)總量 Q和積聚到氧化層中的雜質(zhì)總量 Q2來控制； ?如生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)基區(qū)硼擴散預(yù)淀積雜質(zhì)總量過大（即 RS1太?。?，則可以縮短開始通干氧的時間，使更多的雜質(zhì)積聚到 SiO2層中，以使再分布后的基區(qū)表面濃度 NS2符合設(shè)計要求； Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 50 四 擴散溫度與擴散時間的選擇 (一 ) 確定擴散溫度 T和時間 t 的依據(jù) ? 保證擴散層的表面濃度 NS和結(jié)深 Xj。 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 36 ? 產(chǎn)生原因： 由于 P的擴散使得大量間隙遷移到發(fā)射區(qū)下方基區(qū)，加快了硼的擴散，即原子半徑差異較大的高濃度雜質(zhì)進入造成晶格畸變，產(chǎn)生失配位錯，使基區(qū)沿位錯處擴散增強－基區(qū)下陷 。 一 擴散的宏觀機制 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 12 C:雜質(zhì)濃度， D:擴散系數(shù) , 單位： cm2/s. 負號表示擴散由高濃度處 向低濃度處進行的 ?J為單位時間內(nèi)垂直擴散通過單位面積的粒子數(shù) 1，由費克第一定律 (Fick’s first law) C1 C2 ?x J = –D?N (1) ?由于擴散結(jié)平行于硅表面，且結(jié)淺， (1)式可簡化為 xt)C( x,Dt)(x,???J （ 2） Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 13 如果 D是常數(shù)， Jout ?C Jin X 質(zhì)量守恒 2，根據(jù)物質(zhì)連續(xù)性的概念 () ()C d x s JJ J d x stx? ? ???? ? ? ? ???????X)t,X(Jt)t,X(C??????則 , (3) )XCD(XX )t,X(Jt )t,X(C ???????????? (4) (5)式即為擴散方程，稱為費克第二定律； 它把濃度分布和擴散時間及空間位置聯(lián)系了起來；描述了擴散過程中，硅片中各點的雜質(zhì)濃度隨時間變化的規(guī)律； 22 ),(),(xtxCDttxC????? (5) 則 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 14 二 擴散方程的解 ? 恒定表面源擴散 (Constant Source) —預(yù)淀積 (Predeposition) ? 有限表面源擴散 (Finite Source) —雜質(zhì)推進 (Drive in) Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 15 硅片表面的雜質(zhì)濃度始終不變 ,這種擴散也叫預(yù)淀積擴散 (Predeposition diffusion) 1 恒定表面源擴散 XSiGas Phase Source (Fixed Concentration) Thick Solid Surface Source, . P2O5 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 16 ?雜質(zhì)總量固定 (Finite Source) SiQTotal : atom/cm2 2 有限表面源擴散 ? 離子注入引入一定量的雜質(zhì)總量； ? 在整個擴散過程中，已形成的擴散雜質(zhì)總量作為擴散的雜質(zhì)源，不再有新源補充 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 17 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 18 3 恒定表面源擴散方程的解 ? 邊界條件 (Boundary Condition) C( 0,t ) = Cs (雜質(zhì)固溶度 ) t≧0 x = 0 時 C(∞,t) = 0 t≧0 x →∝ 時 ? 起始條件 C(x, 0) = 0 t= 0 x 0時 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 19 式中， Cs是固定表面濃度 , erf為誤差函數(shù)， Erfc為余 誤差函數(shù) 稱為特征擴散長度 Dt2202( , ) [ 1 ]x yDtsC x t C e d y???? ?介為 : 余 誤差函數(shù)分布 ( , ) ( 1 )22SS xxC x t C e r f C e r fcD t D t??? ? ? ????(t0) 則 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 20 ?分布曲線的特點 ? 硅片表面雜質(zhì) 濃度 Cs始終 保持不變，它與時間無關(guān)，只與擴散的雜質(zhì)和溫度有關(guān)； ? Cs和 D主要取決于摻雜元素和擴散溫度；其中 Cs由雜質(zhì)在硅內(nèi)的固溶度決定， 雜質(zhì)的固溶度給擴散的表面雜質(zhì)濃度設(shè)置了上限； ? 選定擴散雜質(zhì)元素和擴散溫度之后， Cs和 D就定下來了，若再將 t定下來，雜質(zhì)分布也就確定了； ? 擴散時間由對分布的要求來定，隨著 t的增加，雜質(zhì)擴散深度不斷增加，雜質(zhì)總量不斷增多； Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 21 ? 擴散結(jié)深 : ???????Dtze r f cCtzCS 2),(? 恒定表面源擴散時 硅片內(nèi)部的雜質(zhì)數(shù)量 QT(t) 可見，在固溶度范圍內(nèi) :t↑, Q↑ 則， 以 C（ xj,t)(擴散雜質(zhì)濃度 ) = Csub(本體濃度 )代入 ∵ ss ub1j CCe rfcDt2x ??則 ? ?00,22ssx D tQ C x t d x C e r fc d x CDt ???? ? ???Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 2