扩散工艺介绍
扩散片工艺
扩散片工艺
扩散片工艺是指在半导体制造过程中，通过一系列的化学反应和物理处理，将掺杂材料加入到晶体中，从而改变半导体材料的电学性质，以用于制造各种电子器件。
扩散片工艺是现代半导体工业的基础之一，广泛应用于集成电路、太阳能电池、发光二极管等领域。
扩散片工艺的流程包括：清洁晶体表面、沉积氧化膜、掺杂、扩散、退火等步骤。
其中，掺杂是指将有限量的掺杂材料加入到晶体中，改变晶体的电学性质。
扩散是指将掺杂材料通过热扩散的方式，将其分布到整个晶体中。
退火则是为了消除应力和缺陷，使晶体完整性得到恢复。
扩散片工艺中的掺杂技术包括离子注入和扩散两种方式。
离子注入是指使用离子注入器将掺杂材料以高能量注入晶体表面，然后通过热退火使其扩散到整个晶体中。
扩散则是将晶体浸泡在掺杂材料的气氛中，通过热扩散的方式将掺杂材料分布到整个晶体中。
扩散片工艺的关键在于控制掺杂材料的浓度和分布，以及保证晶体的完整性和稳定性。
同时，扩散片工艺还需要考虑到制造成本、生产效率和环境保护等因素。
总之，扩散片工艺是半导体工业中不可或缺的一部分，它的不断改进和创新，将为电子器件的开发和应用提供更加广阔的空间。
- 1 -。
扩散的工艺
----主要设备、热氧化、扩散、合金扩散部 2002年7月前言：扩散部按车间划分主要由扩散区域及注入区域组成，其中扩散区域又分扩散老区和扩散新区。
扩散区域按工艺分，主要有热氧化、扩散、LPCVD、合金、清洗、沾污测试等六大工艺。
本文主要介绍热氧化、扩散及合金工艺。
目录第一章：扩散区域设备简介……………………………………第二章：氧化工艺第三章：扩散工艺第四章：合金工艺第一章：扩散部扩散区域工艺设备简介炉管设备外观：扩散区域的工艺、设备主要可以分为：炉管：负责高温作业，可分为以下几个部分：组成部分功能控制柜→对设备的运行进行统一控制；装舟台：→园片放置的区域，由控制柜控制运行炉体：→对园片进行高温作业的区域，由控制柜控制升降温源柜：→供应源、气的区域，由控制柜控制气体阀门的开关。
FSI：负责炉前清洗。
第二章：热氧化工艺热氧化法是在高温下（900℃-1200℃）使硅片表面形成二氧化硅膜的方法。
热氧化的目的是在硅片上制作出一定质量要求的二氧化硅膜，对硅片或器件起保护、钝化、绝缘、缓冲介质等作用。
硅片氧化前的清洗、热氧化的环境及过程是制备高质量二氧化硅膜的重要环节。
2. 1氧化层的作用2．1．1用于杂质选择扩散的掩蔽膜常用杂质(硼,磷,砷等)在氧化层中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数，因此氧化层具有阻挡杂质向半导体中扩散的能力。
利用这一性质，在硅上的二氧化硅层上刻出选择扩散窗口，则在窗口区就可以向硅中扩散杂质，其它区域被二氧化硅屏蔽，没有杂质进入，实现对硅的选择性扩散。
1960年二氧化硅就已被用作晶体管选择扩散的掩蔽膜，从而导致了硅平面工艺的诞生，开创了半导体制造技术的新阶段。
同时二氧化硅也可在注入工艺中，作为选择注入的掩蔽膜。
作为掩蔽膜时，一定要保证足够厚的厚度，杂质在二氧化硅中的扩散或穿透深度必须要小于二氧化硅的厚度，并有一定的余量，以防止可能出现的工艺波动影响掩蔽效果。
2．1. 2缓冲介质层其一：硅与氮化硅的应力较大，因此在两层之间生长一层氧化层，以缓冲两者之间的应力，如二次氧化；其二：也可作为注入缓冲介质，以减少注入对器件表面的损伤。
不锈钢扩散焊接工艺
不锈钢扩散焊接工艺不锈钢扩散焊接工艺是一种高效的不锈钢连接方法，其利用高温条件下不锈钢表面的氧化反应进行焊接。
该工艺具有低成本、高接头质量、环保等优点，被广泛应用于不锈钢制造行业。
下面将详细介绍不锈钢扩散焊接工艺的原理、工艺流程和实施要点。
1. 原理不锈钢扩散焊接是一种利用高温条件下对不锈钢表面进行反应的焊接方法。
不锈钢扩散焊接的原理是利用氮、氧、碳等元素在高温条件下与不锈钢表面反应，形成一种含氮、含氧、含碳等元素的薄层，使不锈钢材料表面具有良好的焊接性能。
在扩散焊接工艺过程中，可使用特殊的焊接设备，将工件加热到适当的温度，使其表面氧化，然后进行压合，使氧化物被压实形成焊缝。
2. 工艺流程不锈钢扩散焊接的工艺流程主要包括选择材料、准备工件、预热、焊接、热处理、修磨等环节。
具体的工艺流程如下：（1）选择材料：要选择与所要焊接材料相似的、高品质的、具有良好机械性能的初始材料。
初始材料的质量直接关系到焊接后的接头质量和使用寿命。
（2）准备工件：将工件表面清洗干净，排除杂质和粉尘，以免影响焊接效果。
然后将工件按要求放在热交换板上。
（3）预热：将工件放在预热炉里，热处理时间根据不同的材料和焊接要求而定，一般在800-1000℃左右预热。
预热使得工件表面的氧化层软化，并加速氧化反应。
（4）焊接：将加热后的工件取出，然后将待焊接部位压紧，形成合适的接触面积。
然后再找到合适的热交换板，用力按压，使工件表面形成一层薄质的氮氧化物层。
接下来，进行焊接，并在符合要求的时间范围内完成。
（5）热处理：在完成焊接后，需要进行一定时间的热处理，以降低内部应力，并使接头连结更加牢固。
（6）修磨：在热处理结束后，删除焊接部位的氧化层、镀层、氧化产物等，并对接头进行磨削、抛光，使接头表面达到平整、光滑的要求。
3. 实施要点（1）选择合适的材料是扩散焊接的前提，必须对所采用的材料有深入的理解与熟悉。
（2）预热温度要根据材料和复杂工件结构来调整，热处理时间及温度应符合材料的要求，以保证焊接质量。
扩散片生产工艺
扩散片生产工艺扩散片是半导体工业中重要的材料，用于制造电子器件，如晶体管和集成电路。
扩散片的制造工艺包括净化硅片、制备扩散膜层和烧结等步骤。
首先，制造扩散片的过程开始于净化硅片。
硅片是从硅矿石中提取的硅元素经过精炼和纯化而得到的，其成分应达到非常高的纯度。
这是因为硅片的质量和纯度直接影响到后续制备扩散层的性能。
净化硅片的过程主要包括石碱洗净、酸洗净和纯化等步骤。
通过这些处理，硅片的杂质含量将被大幅降低，同时使其表面达到非常光滑的状态。
接下来，制备扩散层的步骤将进行。
扩散层是一种将杂质引入硅片中的工艺，以改变硅片的电学性质。
这是通过将掺杂物（如砷、硼或磷）在高温下加热硅片，使掺杂物的粒子通过扩散和迁移进入硅片晶格中实现的。
制备扩散层的过程包括清洗硅片、涂覆扩散源、高温反应和退火等步骤。
在高温和气氛的控制下，掺杂物将逐渐扩散到硅片中，并形成具有特定电学性能的区域。
制备扩散层后，还需要进行烧结工艺。
烧结是将扩散片放入高温炉中进行烧结，以去除残留的气体和杂质，并使扩散片更加稳定。
烧结过程主要包括预热、高温烧结和冷却等步骤。
在高温环境中，硅片的结构会发生变化，表面杂质会被还原或迁移，从而提高硅片的结晶度和电学性能。
通过冷却过程，扩散片的温度将逐渐降低，使其达到室温状态。
最后，对扩散片进行测试和封装。
在测试过程中，根据扩散片的设计和制造要求，对其进行性能、电学和功能测试，以确保其质量合格。
通过封装工艺，将扩散片连接到器件的引脚上，并加上绝缘材料和外壳，以保护扩散片不受外界环境的损害。
总结起来，扩散片的制造工艺包括净化硅片、制备扩散膜层和烧结等步骤。
通过这些工艺步骤，硅片的纯度和电学性能得到改善，扩散层的材料和结构也得到了优化。
这些工艺的控制和优化对于确保扩散片的质量和可靠性非常重要，同时也对半导体器件的性能和功能发挥起着至关重要的作用。
扩散工艺3.3,3.4,3.5
四、电磁效应
五、发射区推进效应
V2- :二价负 电荷空位
N+ P
N-
六、热氧化过程中的杂质再分布(杂质分凝)
硼:m<1 磷:m>1 砷:m>1
七、氧化增强扩散
八、晶向的影响
§3.5 扩散工艺
一．双温区锑扩散
制作双极型集成电路的隐埋区时，常用锑和砷作 杂质。因为它们的扩散系数小，外延时自掺杂少，其 中又因为锑毒性小，故生产上常用锑。
系统特点：用主辅两个炉子，产生两个恒温区。 杂质源放在低温区，硅片放在高温区。
反应式：3Sb2O3+3Si=4Sb+SiO2 优点：
1）可使用纯Sb2O3粉状源，避免了箱法扩散 中烘源的麻烦；
2)两步扩散，不象箱法扩散那样始终是高浓度 恒定表面源扩散，扩散层缺陷密度小；
3）表面质量好，有利于提高表面浓度。
二. 常见扩散方法
固态源扩散：如B2O3、P2O5、BN等
利用液态源进行扩散的装置示意图
液态源扩散－－常用POCl3 >600℃
5POCl3 ==P2O5 ＋3PCl5 2P2O5＋ 5Si =5Si O2＋4P
氧过量 4PCl5 ＋ 5O2 = 2P2O5 ＋10Cl2
影响扩散参量的因素
三、杂质对扩散系数的影响
其中Di0 、 Di＋、 Di－、 Di2－分别表示中性 、正一价、负一价、负 二价的低浓度杂质－－空穴对的本征扩散系数。
其中Di0 、 Di＋(p/ni)、 Di－(n/ni)、
Di2(n/ni) 2分别表示中性 、正一价、负 一价、负二价的高浓度杂质－－空穴 对的非本征条件下的有效扩散系数。
扩散的工艺流程
扩散的工艺流程
《扩散的工艺流程》
扩散是一种重要的化工工艺，用于在固体材料之间或在固体和液体之间进行物质交换。
扩散工艺在许多领域都有广泛的应用，包括制造半导体、热处理金属、药物传递等。
扩散的工艺流程通常包括以下几个步骤：
1. 初步准备：在进行扩散之前，首先需要准备好需要进行扩散的材料和介质。
这包括清洗和处理表面，以确保材料表面的纯净度和平整度。
2. 热处理：扩散通常需要高温条件下进行，因此热处理是一个关键的步骤。
材料被置于高温炉中进行加热，以促进扩散的进行。
3. 扩散介质选择：选择合适的介质对于扩散的进行是非常重要的。
一般来说，气体、液体和固体都可以作为扩散介质。
4. 扩散过程：一旦准备好材料和介质，扩散过程就可以进行了。
材料置于介质中，并在一定的时间和温度条件下进行扩散操作。
5. 控制扩散速率：在扩散过程中，需要对扩散速率进行控制。
这可以通过调节温度、压力和介质浓度来实现。
6. 结果分析：一旦扩散完成，需要对扩散结果进行分析。
这包
括检测扩散的深度和速率，以及材料的性能变化情况。
扩散工艺流程需要严格控制各个环节，以确保最终的扩散效果符合预期。
同时，还需要对扩散过程中的安全性进行充分考虑，以确保操作过程稳定可靠。
通过严谨的工艺流程，扩散工艺可以为各种领域提供高质量的材料和产品。
半导体扩散工艺
半导体扩散工艺
半导体扩散工艺是半导体工艺中最重要的一种工艺，用它来在半导体器件中制造出电子元件和晶体管。
它是通过将一种特定的元素，如铜、硼、钒或钴等，以电子成分形式沉积在半导体片上，从而制造电子元件和晶体管的工艺。
这种工艺在模拟和数字电路装配等各个领域得到了广泛应用，特别是用来制造微电子装置。
半导体扩散工艺的原理是将一种元素的电子沉积在半导体片上，通过一种物理热力学过程，当此元素熔合在半导体基体上时，会产生少量的电子，少量的电子会与基体后固态化，将此元素完全沉积在半导体基体上。
半导体器件制造多种元件都需要用到它。
此工艺需要温度控制非常精确，才能溶解和形成适当的电子活动，而且沉积的能电子活动也是同样重要的。
现代的半导体技术允许使用半导体扩散工艺制造出更小和更复杂的电子元件。
因为它可以创造出超微的三维结构，使设计的电路变得更容易，更小型，更有效。
精密的技术也更容易缩小特性阻抗不一致，减少无效噪音。
所以，半导体扩散工艺已经成为制造超灵敏和超高速半导体电路的必要技术之一。
半导体扩散工艺需要使用多种物质，如硼、砷、铝、铜、砒霜、钿等，以使沉积的材料能够形成特定的三维结构。
其中硫化铝和砒霜是扩散工艺所必须的物质，因为硫化铝能加速活性碳和真空的反应，砒霜能与半导体材料形成强化膜，加快固溶因子的游离度。
此外，扩散工艺还需要使用真空熔体装置，保持环境的干净和污染，因为氧的迹及其它杂质会影响到最终产品的质量和性能。
第二章扩散
本体原子
杂质原子
不需要自填隙本体原子来推动扩散过程的进行
3、Fair空位模型：
建立在空位扩散机制的基础上
1）“空位电荷"：中性空位俘获电子，使其带负电；中性空位 的邻位原子失去电子，可使空位带正电。 2）空位模型：总扩散率是所有荷电状态的空位的扩散率的加权 总和，加权系数是这些空位存在的概率。 带电空位的数量 总扩散率表达式：
■
硅中杂质的扩散率曲线(低浓度本征扩散)：
■ 中性空位的扩散率：
其中，E0a是中性空位的激活能(eV)；
D00是一个与温度无关的系数，取决于晶格结构和振动频率。(cm2/s)
■
如果必须考虑带电空位的扩散率，则扩散率就是位置的函
数，因而费克第二定律方程必须采用数值方法来求解。
4、费克第二定律的分析解
1、横向扩散：杂质在纵向扩散的同时，也进行横向的扩散
■
一般横向扩散长度是纵向扩散深度的0.75 - 0.85；
横向扩散的存在影响IC集成度，也影响PN结电容。
■
2、内建电场的影响
高温下杂质处于离化状态，杂质离子与电子(空穴)同时向低浓 度方向扩散。电子(空穴)扩散速度快，形成空间电荷层，建立 一自建电场，使离子运动形式为扩散+漂移。 有效扩散系数Deff
费克简单扩散方程 1） 第一种边界条件：(预淀积扩散) 在任何大于零的时刻，表面的杂质浓度固定
此时扩散方程的解为： 被称为特征扩散长度(pm)； Cs是固定的表面杂质浓度(/cm3) 预淀积扩散又被称为恒定表面源(浓度)扩散；在实际工艺中， Cs的值一般都是杂质在硅中的高浓度，与温度有关。
2、杂质扩散机制
(3) 空位扩散(vacancy-assisted Diffusion Mechanism)
2、半导体工艺原理-扩散
薄层电阻Rs（方块电阻） 表面浓度：扩散层表面的杂质浓度。
扩散层质量参数
方块电阻
方块电阻是标志扩散层质量的另一个重要参数， 一般用R□或Rs表示，单位是Ω/□ 。
2、恒定杂质总量扩散
扩散开始时，表面放入一定量的杂质源，而在以后的扩散
过程中不再有杂质加入。假定扩散开始时硅片表面极薄一层内
单位面积的杂质总量为 QT ，杂质的扩散长度远大于该层厚度，
则杂质的初始分布可取为 函数，扩散方程的初始条件和边界
条件为
0 N (x, t)dx QT
N (,t) 0
2 NS1
D1t1 D2t2
exp
x
2 j
4 D2t2
NB
即可解得
xj 2
D2t2
ln
2 NS1
NB
1
D1t1 D2t2
2
A
D2t2
掺杂分布控制：
3.3 简单理论的修正
前面得出的扩散后的杂质分布是采用理想化假设的结果， 而实际分布与理论分布之间存在着一定的差异，主要有：
1、二维扩散（横向扩散） 实际扩散中，杂质在通过窗口垂直向硅中扩散的同时，也 将在窗口边缘沿表面进行横向扩散。考虑到横向扩散后，要得 到实际的杂质分布，必须求解二维或三维扩散方程。横向扩散 的距离约为纵向扩散距离的 75% ~ 80% 。由于横向扩散的存在， 实际扩散区域大于由掩模版决定的尺寸，此效应将直接影响到 VLSI 的集成度。
2、杂质浓度对扩散系数的影响
前面的讨论假定扩散系数与杂质浓度无关。实际上只有当 杂质浓度比扩散温度下的本征载流子浓度 ni(T) 低时，才可认 为扩散系数与掺杂浓度无关。在高掺杂浓度下各种空位增多， 扩散系数应为各种电荷态空位的扩散系数的总和。
固态源扩散———重要的半导体器件扩散工艺
固态源扩散———重要的半导体器件扩散工艺自 1998年开始高速发展并保持强劲增长势头, 电子工业全球销售额预期将在 2030年突破一万亿美元, 成为世界上规模最大的工业, 半导体器件正是此工业的基础。
因此, 半导体器件工艺技术的改进受到前所未有的关注, 其研究价值和取得的成果也得到了迅速发展。
有效成分为偏磷酸铝和焦磷酸硅的磷源片具有无毒、贮运方便等优点,固态源扩散的系统简单,操作容易。
实验的结果表明,扩散结深、扩散薄层电俱、结的击穿电压等参数均能满足常规硅平面工艺的要求,扩散的均匀性也是令人满足的。
半导体器件学科发展至今已超过 130 年, 研究对象大约有 60种主要的器件和 100种衍生的变异器件, 与半导体器件制造相关的关键工艺技术已超过 20种, 本文重点介绍半导体扩散工艺中的固态源扩散工艺。
二、扩散工艺基础在介绍扩散工艺之前, 先引入杂质掺杂的概念。
杂质掺杂是将可控制数量的杂质掺入半导体内。
杂质掺杂的实际应用主要是改变半导体的电特性。
扩散及离子注入是半导体掺杂的两种主要方式, 两者都被用来制造分立器件与集成电路, 二者互补不足、相得益彰。
1855 年, 飞克(Fick)提出了基本扩散理论。
1952年, 范恩(Pfann)在其专利中提及利用扩散技术来改变硅的电导率的想法。
1958 年肖克莱(Shockley)提出了离子注入技术来掺杂半导体, 这种技术可以精确地控制掺杂原子数目。
杂质扩散工艺通常是在经精确控温的石英高温炉管中放入半导体硅晶片并通入含有所需掺杂剂的气体混合物。
对硅材料的扩散, P型掺杂剂通常用硼, N型掺杂剂通常用砷或磷。
这些杂质可由数种方式掺入, 包含固态源 (如硼的 BN, 砷的 As2O3 及磷的 P2O5 )、液态源(BBr3, AsCl3与 POCl3)及气体源(B2H6, AsH3 及 PH3 )。
其中液态源工艺使用最为广泛。
随着近年应用要求的提升, 固态源工艺逐渐被越来越多的使用。