半导体制造工艺基础之扩散工艺培训
半导体制造工艺之扩散原理概述.pptx
半导体制造工艺基础
第六章 扩散原理 (下)
7
影响杂质分布的其他因素
Fick’s Laws：
Only valid for
diffusion under
special conditions
Simplification !
半导体制造工艺基础
第六章 扩散原理 (下)
半导体制造工艺基础
第六章 扩散原理 (下)
2
费克定律解析解的应用
本征扩散时，理想边界条件下的解。实际情况需要修正，如： ✓高浓度 ✓电场效应 ✓杂质分凝 ✓点缺陷 ✓…
如何判断对费克定律应用何种解析解？
✓当表面浓度为固溶度时，意味着该分布是余误差分布
✓当表面浓度较低时，意味着该分布是经过长时间的推进 过程，是高斯分布。
第六章 扩散原理 (下)
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1 ）OED：对于原子B或P来说，其在硅中的扩散可以 通过间隙硅原子进行。氧化时由于体积膨胀，造成大 量Si间隙原子注入，增加了B和P的扩散系数
（1＋2）Si＋2OI＋2V↔SiO2＋2I＋stress
A+I AI
半导体制造工艺基础
第六章 扩散原理 (下)
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2）ORD：对于Sb来说，其在硅中的扩散主要是 通过空位进行。
第六章 扩散原理 (下)
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片状固态氮化硼扩散 活化处理 4BN + 3O2 2B2O3 + 2N2 900 C 1 h. 通 O2 扩散 2B2O3 + 3Si 3SiO2 + 4B
BN片与硅片大小相当，和硅片相间均匀放置在舟上。 不需载气，但以N2或Ar2保护。
锑的箱法扩散 硅片与扩散源同放一箱内， 源 ：在SNb22气O3保: S护iO下2 扩= 1散:4 (粉末重量比) 2Sb2O3 + 3Si = 4Sb + 3SiO2
扩散工艺知识
扩散工艺知识咱先来说说啥是扩散工艺哈。
就拿生活里常见的事儿打个比方，您要是在房间里喷了香水，那香味是不是会慢慢扩散到整个房间？这其实就有点像扩散工艺的原理。
扩散工艺呢，简单来讲，就是让一种物质从高浓度的地方向低浓度的地方移动，从而实现均匀分布。
这在很多领域都有应用，比如说在半导体制造中，那可是至关重要的一步。
我记得有一次，我去参观一家半导体工厂。
那时候，我就亲眼看到了扩散工艺的神奇之处。
工厂里的工人们穿着那种一尘不染的白色工作服，戴着帽子和口罩，只露出一双眼睛。
他们在一个巨大的车间里忙碌着，里面摆满了各种高科技的设备。
我走到一台正在进行扩散工艺的设备前，隔着玻璃仔细观察。
只见一片片小小的硅片被小心地放进一个像烤箱一样的设备里，然后设备开始运作，里面的温度和压力都被精确地控制着。
我就好奇地问旁边的工作人员：“这到底是咋回事呀？”工作人员特别耐心地给我解释说：“这就好比是在给这些硅片‘注入灵魂’，通过扩散工艺，把一些特殊的杂质均匀地‘撒’进硅片里，这样才能让硅片具备特定的电学性能，成为有用的半导体器件。
”咱再回到扩散工艺的知识上哈。
在化学领域，扩散工艺也常常被用到。
比如说，把一种溶液滴到另一种溶液里，如果不搅拌，它们也会慢慢地混合均匀，这也是扩散在起作用。
还有在生物领域，细胞之间物质的交换，也离不开扩散。
想象一下，细胞就像一个个小小的房子，它们之间的“门窗”就是用来进行物质扩散的通道。
扩散工艺的影响可大了去了。
就拿我们用的手机来说吧，里面的芯片能这么厉害，少不了扩散工艺的功劳。
要是没有精确的扩散控制，芯片的性能可就没法保证啦，您的手机可能就会变得又慢又卡。
在工业生产中，为了让扩散工艺更高效、更精准，科学家和工程师们可是费了不少心思。
他们不断地改进设备，优化工艺参数，就为了能让扩散的效果更好。
比如说，他们会研究怎么控制温度，因为温度高一点或者低一点，扩散的速度和效果都会不一样。
还有扩散的时间，多一秒少一秒，都可能影响最终的产品质量。
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。
半导体 第十九讲 扩散工艺-p(1)
Q (t ) C ( x, t )dx
0
2
C s Dt
扩到硅内的杂质数量可用高为Cs，底为2 的三角形 近似； 表面浓度Cs由杂质在扩散温度下的固溶度所决定。而 在900~1200 ℃内，固溶度变化不大，可见很难通过 改变温度来控制Cs
恒定表面源扩散
结深
如果扩散杂质与硅衬底原有杂质的导电类型不同，则 在两种杂质浓度相等处形成p-n结。
发射区推进效应
在npn窄基区晶体管制造中，如果基区和发射区分别扩B和 扩P，则发现在发射区正下方（内基区）B的扩散深度，大 于不在发射区正下方（外基区）B的扩散深度，该现象称为 发射区推进效应，或发射区下陷效应。
二维扩散
实际扩散 在掩蔽层的边缘，横向扩散与纵向扩散同时进行
二维扩散
实际扩散
预扩散：在低温下采用恒定表面源扩散方式，控 制扩散杂质的数量，杂质按余误差形式分布。 主扩散将由预扩散引入的杂质作为扩散源，在较 高温度下进行扩散。控制表面浓度和扩散深度。 杂质按高斯形式分布。 分布形式：
D1t1>>D2t2 , 余误差分布 D1t1 << D2t2 ，高斯分布
影响杂质分布的其它因素
电场强度在圆柱和圆球结处较强，该处 雪崩击穿电压将远低于有相同衬底掺杂 的平面结处。
实际扩散区域大于窗口影响集成 度
扩散工艺－固态源扩散
扩散物质：杂质的氧化物或其他化合物 通过惰性气体把杂质源蒸气输运到硅片表面 温度决定固溶度，对浓度有直接影响
固态源扩散：如B2O3、P2O5、BN等
实际方法
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。
半导体第十九讲扩散工艺-p(1)综述
发射区推进效应
在npn窄基区晶体管制造中，如果基区和发射区分别扩B和 扩P，则发现在发射区正下方（内基区）B的扩散深度，大 于不在发射区正下方（外基区）B的扩散深度，该现象称为 发射区推进效应，或发射区下陷效应。
二维扩散
实际扩散 在掩蔽层的边缘，横向扩散与纵向扩散同时进行
二维扩散
实际扩散
扩散工艺
简介 扩散原理 扩散方程
杂质原子的扩散
扩散工艺
简介
扩散工艺是一种掺杂技术，它是将所需杂质 按要求的浓度与分布掺入到半导体材料中，以达 到改变材料电学性能，形成半导体器件的目的。 以杂质原子或离子在硅中的扩散为主（P型杂质 和N型杂质）。
简介
掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中 ，以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电 阻、欧姆接触 磷(P)、砷(As) —— N型硅 硼(B) —— P型硅 掺杂工艺：扩散、离子注入
扩散系数
J ( x, t ) C ( x a / 2, t ) P a C ( x a / 2, t ) P a
v v
C ( x, t ) a P x C ( x, t ) J D x
2 v
其中：V0代表振动频率
Wv代表形成一个 空位所需要的能量
Pv o exp[(WV Ws ) / kT ]
替位式扩散
扩散方程
菲克第一定律
扩散是微观粒子热运动的统计结果，当杂质存在浓度 梯度时，出现宏观的扩散流。杂质由高浓度区向低浓 度区移动，直至浓度趋于均匀，扩散流为零。实验表 明：扩散流的大小，正比于杂质的浓度梯度。
菲克第一定律:
氧化扩散工艺培训-串讲(简)
三
氧化工艺介绍 （Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）
•3.1 氧化膜的性质 •3.2 氧化膜的作用 •3.3 氧化膜的制备 •3.4 影响氧化膜质量的因素 •3.5 氧化工艺质量的监控
3.1 热生长氧化膜的性质
•SiO2结构为无定型（amorphous); •SiO2密度为2.2mg/cm3 ; •较好的电绝缘性 电阻率＞1.0E20ohm-cm 禁带宽度~9eV •较高的介电强度 ＞10MV/cm； •能形成较稳定的Si/SiO2界面；
吸附 解吸
被吸附离子+热
２．４ 硅片清洗的一般顺序
纯水冲洗 纯水冲洗 干燥
去分子型杂质（包括油污） 纯水冲洗 去离子型杂质 去原子型杂质
２．５ 主要的化学清洗液
• • • • APM (NH4OH：H2O2：H2O) HPM (HCL：H2O2：H2O) SPM ( H2SO4：H2O2) 稀HF的漂洗
n
氧化气体中掺入含Cl元素的气体 特点：加快氧化速率，改善氧化层质量。 DCE：C2H2Cl2（二氯乙烯）
3.5 影响氧化膜质量的因素
3.5.1 影响氧化膜厚度的因素 • 氧化温度 • 氧化时间 • 气体流量 • 衬底类型及晶向 (110)>POLY>(111)>(100) • 半导体所含杂质浓度 3.5.2 影响氧化膜均匀性的主要因素 • 排风 • 硅片在炉管内位置 • 气体流量及比例 • 在生长超薄介质膜时氧化方式的选择等
一
设备 氧化 扩散 按工艺分类 清洗 LPCVD 注入 卧式炉 立式炉 按设备分类 清洗机 分类
扩散部设备简表
内容 PAD氧化、场氧化、栅氧化、 POST氧化 推阱、退火、合金 氧化前清洗、漂洗 LP-POLY、 LP-TEOS、 LP-Si3N 4 M1、 M3、 M4、 GSD1、 GSD2 A、 B、 C、 D、 F、 G、 H、 I 8组共 32根 VTR-OX、 VTR-POLY、 VTR-TEOS 共三根 FSI-1、 FSI-2、 FSI-3、 FSI-4、 DNS1、 DNS2等共 6台 M1、M3、 M4, 注入机 ＧＳＤ１、 ＧＳＤ２、 ＧＳＤ３
半导体制造工艺扩散上
半导体制造工艺扩散上半导体制造工艺中的扩散技术是一种基础性的工艺技术，它具有极高的重要性。
扩散技术主要用于控制半导体材料中杂质浓度及其分布，以及基本材料参数（例如，导电性、PN结绝缘等等），这对于制造优质半导体芯片来说是不可或缺的。
扩散技术的原理“扩散”一词意为“分散”或“分布”。
在半导体领域中，“扩散”指的是杂质（或原子）从一个区域逐渐分散到另一个区域的的过程。
扩散过程主要是基于热力学原理发生的，其发生的基本原理是高浓度区域向低浓度区域传输，这种传输是一种自然趋势。
扩散过程需要满足Fick’s定律，即杂质或原子的扩散迁移率与它在材料中的浓度梯度成正比，与温度和材料阻力成反比。
扩散技术在半导体材料制备过程中的应用扩散技术是半导体制造中最为基础并且也是最为普遍应用的技术之一。
它可以应用于制备许多不同种类的器件，例如：1.PN结制备扩散技术在PN结制备中是不可或缺的。
通过对半导体硅晶片进行扩散掺杂，可以在硅晶片表面形成浓度梯度，从而在P型区域和N型区域形成硅晶片的PN结。
2.表面功能化和通道控制在面向晶圆的制造工艺中，扩散技术通常用于表面功能化和通道控制。
通过半导体材料表面的扩散工艺，可以轻松地在晶圆表面形成氧化物层、硅类材料层等功能性层，还可以通过扩散工艺控制通道的形状和尺寸。
3.金属接触制备扩散技术通常可以与金属联系在一起，制备金属与半导体之间的接触点。
在该过程中，原子从金属的表面逐渐进入半导体材料，并将金属与半导体之间形成硬接结，这是许多器件的耐久性和稳定性的基础。
扩散技术的技术调优当人们在制造半导体器件时，对于扩散技术的选择，需要根据具体细节和设备要求进行调优。
以下是扩散技术的技术调优方法：1.涂覆层厚度和材料的选择在很多情况下，使用涂覆材料可以帮助控制扩散过程。
经典的例子是硅胶片，它在半导体晶体片制造过程中通常用作覆盖层。
通过合理地选择涂覆层的厚度和材料，制造人员以期望的方式控制扩散过程，从而缩小半导体器件的尺寸并控制制造纯度。
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半导体制造工艺基础之扩散工艺培训
简介
半导体制造是现代电子行业中非常重要的一环，扩散工艺作为其中的一种关键工艺，其作用是在半导体晶片表面或表面以下扩散掺杂特定的杂质，以改变材料的电子性质。
本文将介绍扩散工艺的基本概念、原理、设备和步骤等内容，为对半导体制造工艺感兴趣或从事相关工作的读者提供基础性培训。
扩散工艺的基本概念
扩散是指通过高温下大气中有害杂质向半导体晶体中扩散迁移，并将半导体晶体杂质浓度均匀化的过程。
扩散工艺的关键步骤是通过高温加热使杂质分子迅速扩散到晶片内部，然后通过快速冷却固化杂质。
扩散工艺的原理
扩散工艺的实现基于以下几个原理：
•Fick’s 第一定律：物质在浓度梯度的驱动下，会自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散。
•自扩散：同种原子在晶体内扩散迁移的现象。
扩散工艺需要精确控制温度、时间和扩散源的浓度，以确保扩散过程的效果和均匀性。
扩散工艺的步骤
扩散工艺一般包括以下几个步骤：
1.涂胶：将液态的胶原料均匀地涂在半导体晶片表面。
2.预热：将涂胶的晶片放入预热炉中，在一定温度下进行烘烤，使胶原
料固化。
3.扩散：将预热后的晶片放入扩散炉中，通过控制温度和时间，将所需
杂质扩散到晶片内部。
4.冷却：在扩散完成后，将晶片快速冷却以固化扩散的杂质。
5.清洗：将冷却后的晶片进行清洗，去除多余杂质和胶原料。
6.检测：对扩散后的晶片进行测试和检测，以确保质量符合要求。
扩散工艺的设备
扩散工艺通常需要以下设备：
•扩散炉：用于控制温度和时间进行扩散过程。
•预热炉：用于将涂胶的晶片进行烘烤，以固化胶原料。
•清洗设备：用于清洗扩散后的晶片，去除多余的杂质。
•检测设备：对扩散后的晶片进行测试和检测，以确保质量符合要求。
扩散工艺的应用
扩散工艺在半导体制造中有广泛的应用，主要用于掺杂制造PN结、MOS结构以及形成超浅和深层掺杂等。
常见的扩散工艺包括硼扩散、砷扩散、硅扩散等。
结束语
扩散工艺是半导体制造过程中不可或缺的一环，它的实施对于半导体器件的性能和质量具有重要影响。
希望本文能够为读者对扩散工艺有个基本的了解，并为从事相关工作的读者提供一些基础性的培训和指导。
如需更深入的了解，请参考更多相关资料。