【正文】 3，可供選擇的 N型雜質(zhì)有 P和 As，它們?cè)诠柚械墓倘芏榷驾^大，前者為 1021/cm3,后者為 2 1021/cm3,都能滿足發(fā)射區(qū)擴(kuò)散要求，其中： Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 56 As：蒸汽壓高，不易控制，且擴(kuò)散系數(shù)比 B小，有劇毒，使用不便； P：蒸汽壓較低，易于控制，且擴(kuò)散系數(shù)比 B略大，毒性也小； ? 相比之下 P是比較理想的 N型發(fā)射區(qū)擴(kuò)散雜質(zhì)； 4，在淺結(jié)擴(kuò)散中，為避免基區(qū)陷落效應(yīng)，有時(shí)也采用砷擴(kuò)散作超高頻器件的擴(kuò)散源，這是因?yàn)槠浒霃脚c硅相同，在高摻雜情況下不會(huì)引起畸變； 5，由于 Sb在硅中的擴(kuò)散系數(shù)很小，常用作隱埋層的擴(kuò)散源； Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 57 167。確定程序是： 111121 2SSDtQ Q NqR??? ? ?所以，預(yù)淀積雜質(zhì)總量要求達(dá)到： 1SR qQ??21SQ qR??ⅲ ，由 得 221SjR X ??ⅱ ，因 Xj已知，由 計(jì)算得到 RS2 2?22SN ?ⅰ ，由 （平均電導(dǎo)率）的關(guān)系曲線查得 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 52 ? 擴(kuò)散溫度 T和擴(kuò)散時(shí)間 t 的選擇除考慮表面濃度和結(jié)深的要求，還必須考慮達(dá)到所要求的均勻性和重復(fù)性在工藝上的控制性； 2111()2SQtDN??（ 5） t1的確定，則由 （ 3） NS1可間接確定，原則： NS1NS2；由 NS1確定 T。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(shí)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(duì)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(kuò)散與氧化同時(shí)進(jìn)行，有一部分雜質(zhì) Q2要積聚到所生長(zhǎng)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(shí)發(fā)現(xiàn)基區(qū)硼擴(kuò)散預(yù)淀積雜質(zhì)總量過大（即 RS1太小），則可以縮短開始通干氧的時(shí)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(jì)要求； Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 50 四 擴(kuò)散溫度與擴(kuò)散時(shí)間的選擇 (一 ) 確定擴(kuò)散溫度 T和時(shí)間 t 的依據(jù) ? 保證擴(kuò)散層的表面濃度 NS和結(jié)深 Xj。 ? 薄層電阻也稱方塊電阻 ,用 ?/?表示 。 擴(kuò)散工藝參量與擴(kuò)散工藝條件的選擇 一 擴(kuò)散結(jié)深 (diffusion junction depth) 1，結(jié)深 Xj的定義 : PN結(jié)結(jié)深的位置定義在摻入的雜質(zhì)濃度與硅片本體雜質(zhì)濃度相等的地方；即 ,x = xj 處 Cx(擴(kuò)散雜質(zhì)濃度 ) = Cb (本體濃度 ) Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 41 2，結(jié)深的表達(dá)式 將 N(xj,t) = Nb代入上式，則 12 ( )bjSNx e r fc D tN??（ 2）有限表面源擴(kuò)散 24( , )xDtSN x t N e ??∵ 則 122 ( l n )SjbNx D tN?統(tǒng)一表示式： jx A D t?（ 1） 恒定表面源擴(kuò)散 ( , ) 2S xN x t N e r fc Dt?∵ Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 42 ? 例，某晶體管的硼再分布的擴(kuò)散溫度為 1180℃ ，擴(kuò)散時(shí)間共用了 40分鐘，所用 N型外延片的電阻率為 ?cm，硼擴(kuò)散的表面濃度 Ns≌5 1018/cm3,試求擴(kuò)散結(jié)深。 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 37 ? 五，基區(qū)外表面擴(kuò)散速率的影響 ? 恒定表面源擴(kuò)散時(shí)，假設(shè)邊界條件為 C(0,t) = Cs 實(shí)際上，擴(kuò)散時(shí)表面濃度由 0→C s由 （ 1）雜質(zhì)從氣源到硅片表面的輸運(yùn) , （ 2）雜質(zhì)從硅外表面到體內(nèi)的固態(tài)擴(kuò)散 , 兩個(gè)過程的相對(duì)速率決定；若嚴(yán)格地分析邊界條件，則邊界條件需作必要的修正； Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 38 六 雜質(zhì)的分凝效應(yīng) ? 作為雜質(zhì)再分布的限定源擴(kuò)散過程，都與氧化結(jié)合在一起，同樣存在邊界條件的偏差。 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(kuò)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(kuò)散，即原子半徑差異較大的高濃度雜質(zhì)進(jìn)入造成晶格畸變，產(chǎn)生失配位錯(cuò)，使基區(qū)沿位錯(cuò)處擴(kuò)散增強(qiáng)－基區(qū)下陷 。 ?高濃度雜質(zhì)擴(kuò)散易產(chǎn)生場(chǎng)助效應(yīng) ???????????2i2 n4CC1De f fD式中 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 32 這種場(chǎng)助效應(yīng)對(duì)于低濃度的 B雜質(zhì)影響更大！ Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 33 三 擴(kuò)散系數(shù)與雜質(zhì)濃度的關(guān)系 ? 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散系數(shù)與雜質(zhì)濃度有關(guān)，只有當(dāng)雜質(zhì)濃度比擴(kuò)散溫度下的本征載流子濃度 ni(T)低時(shí)，才可以認(rèn)為擴(kuò)散系數(shù)是與摻雜濃度無關(guān)的函數(shù)，這時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)稱為本征擴(kuò)散系數(shù)，用 Di表示； ? 把依賴于摻雜濃度的擴(kuò)散系數(shù)稱為非本征擴(kuò)散系數(shù)，用 De表示； 當(dāng)雜質(zhì)濃度增加時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)增大。這個(gè)電場(chǎng)同樣施加在施主原子上，因此，增加了施主的擴(kuò)散率。 Semiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 27 幾種特征擴(kuò)散長(zhǎng)度下， (A)預(yù)淀積擴(kuò)散和 (B)推進(jìn)擴(kuò)散后雜質(zhì)濃度與深度的關(guān)系圖 以 為參變量的預(yù)淀積擴(kuò)散和推進(jìn)擴(kuò)散的分布圖 DtSemiconductor VLSI Process Principle 半導(dǎo)體集成電路工藝原理 28 167。 一 擴(kuò)散的宏觀機(jī)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(kuò)散系數(shù) , 單位： cm2/s. 負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散由高濃度處 向低濃度處進(jìn)行的 ?J為單位時(shí)間內(nèi)垂直擴(kuò)散通過單位面積的粒子數(shù) 1，由費(fèi)克第一定律 (Fick’s first law) C1 C2 ?x J = –D?N (1) ?由于擴(kuò)散結(jié)平行于硅表面，且結(jié)淺， (1)式可簡(jiǎn)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(kuò)散方程，稱為費(fèi)克第二定律； 它把濃度分布和擴(kuò)散時(shí)間及空間位置聯(lián)系了起來；描述了擴(kuò)散過程中，硅片中各點(diǎn)的雜質(zhì)濃度隨時(shí)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(kuò)散方程的解 ? 恒定表面源擴(kuò)散 (Constant Source) —預(yù)淀積 (Predeposition) ? 有限表面源擴(kuò)散 (F