Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（2） 硅中的杂质类型
① 替位式杂质
主要是III和V族元素，具有电活性，在硅中有 较高的固溶度。多以替位方式扩散，扩散速率 慢，称为慢扩散杂质。
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
2、杂质在硅中的扩散
Harbin Institute of Technology in
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
1、扩散原理 （1）扩散方式
① 固相扩散
扩散是一种自然现象，由物质自身的热运动引起。 微电子工艺中的扩散是杂质在晶体内的扩散，因此 是一种固相扩散。
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
WeiHai
（2） 硅中的杂质类型
② 填隙式杂质
主要是I和Ⅷ族元素，Na、K、Li、H、Ar等， 它们通常无电活性，在硅中以填隙式方式进 行扩散，扩散速率快。
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
2、杂质在硅中的扩散
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（2） 硅中的杂质类型 ③ 填隙-替位式杂质
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
一、扩散 二、离子注入技术 三、集成电路的形成
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
一、扩散
1、扩散原理 2、杂质在硅中的扩散
一、扩散
3、扩散工艺与设备
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（1）扩散源 ① 液态源（参见教材P223）
微电子工艺基础
液相源扩散系统
第9章 掺杂技术
一、扩散
3、扩散工艺与设备
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（1）扩散源 ① 液态源（参见教材P223）
第9章 掺杂技术
一、扩散 2、杂质在硅中的扩散
WeiHai
N
t1
Ns
t2
（2）扩散方程的解 ① 恒定源扩散
t3
nx,t Ns
2
e 2 d
x / 2 Dt
N
s
erfc
x 2
Dt
Nb
erfc称为余误差函数，所以恒定源扩散杂质浓度服 从余误差分布。
xj1 xj2 xj3
x
xj
2 erfc 1
Nb Ns
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
2、杂质在硅中的扩散
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（3）实际扩散 ② 横向扩散效应（P218）
不管是扩散还是离子注入都会发生横向扩散现象， 横向扩散的线度是纵向扩散的0.75-0.85倍。
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
（2）扩散流程 ① 预淀积
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
3、扩散工艺与设备
（2）扩散流程
② 再分布（评估）
再分布温度较高，时间也较长。通氧气直接生长氧 化层。
WeiHai
扩散工艺有一步工艺和两步工艺：
第9章 掺杂技术
一、扩散
3、扩散工艺与设备
（1）扩散源
② 固态源
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
使用固态源的三种方式： （参见教材P225）
A 远程源（匙） B 近邻源（圆片） C 涂抹源
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
3、扩散工艺与设备
Harbin Institute of Technology in
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
3、扩散工艺与设备
（2）扩散流程
② 再分布杂技术
一、扩散 3、扩散工艺与设备
（2）扩散流程
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
①预淀积： （参见P222）
A 预清洗与刻蚀 B 炉管淀积 C 去釉（漂硼硅玻璃或磷硅玻璃） D 评估（假片或陪片）
② 再分布（评估）：（参见P226）
微电子工艺基础
Harbin Institute
第9章 掺杂技术
一、扩散
of Technology in WeiHai
3、扩散工艺与设备
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（1） 掺杂的目的 （P218）
A 在晶圆表面下的特定位置处形成PN结 （结合P218的图11.3-图11.5）；
B 在晶圆表面下得到所需的掺杂浓度； （结合P219同型掺杂）
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
2、杂质在硅中的扩散
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
1、扩散原理 （1）扩散方式
② 扩散的方式
晶体内扩散是通过一系列随机跳跃来实现的，这些跳跃 在整个三维方向进行，有多种方式，最主要有：
A 填隙式扩散 B 替位式扩散 C 填隙-替位式扩散
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
Dt
Q N x,tdx 2Ns
0
Dt
1.13Ns
Dt
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
2、杂质在硅中的扩散
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（2）扩散方程的解
② 限定源扩散
限定源扩散是在整个扩散过程中，杂质源限 定在扩散前积累于硅片表面薄层内的杂质总 量Q。
大多数过渡元素：Au、Fe、Cu、Pt、Ni、Ag等。都以 填隙-替位式方式扩散，约比替位扩散快五六个数量级， 最终位于间隙和替位这两种位置，位于间隙的杂质无 电活性，位于替位的杂质具有电活性。
微电子工艺基础
Harbin Institute
第9章 掺杂技术
一、扩散
2、杂质在硅中的扩散
of Technology in
一、扩散
3、扩散工艺与设备
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（1）扩散源 ① 液态源（参见教材P223）
液态源通常是所需掺杂元素的氯化物或溴化物。例 如： POCl3、BBr3
选择源必需满足固溶度和扩散系数的要求。另外还 要选择好掩蔽膜。
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
3、扩散工艺与设备
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（1）扩散源 ③ 气态源（参见教材P224）
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散 3、扩散工艺与设备
（2）扩散流程
Harbin Institute of Technology in
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
1、扩散原理 （1）扩散方式
② 扩散的方式
A 填隙式扩散
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
1、扩散原理 （1）扩散方式
② 扩散的方式
B 替位式扩散
WeiHai
（1）扩散源 ② 固态源（参见教材P223）
微电子工艺基础
固相源扩散系统
第9章 掺杂技术
一、扩散
3、扩散工艺与设备
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（1）扩散源 ③ 气态源（参见教材P224）
气态源通常是氢化物：B2H6、PH3、AsH3、 BCl3，最受欢迎的扩散源方式。
X
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散
2、杂质在硅中的扩散
Harbin Institute of Technology in
WeiHai
（2）扩散方程的解
② 限定源扩散
N x,t
Q
x2
e 4Dt
Dt
限定源扩散杂质浓度是一种高斯函数分布。扩散过 程中杂质表面浓度变化很大，但杂质总量Q不变。
N
微电子工艺基础
Harbin Institute
of Technology in
第9章 掺杂技术
一、扩散
WeiHai
1、扩散原理 （2）扩散方程
③ 影响扩散速率的因素
A 晶体内杂质浓度梯度； B 环境温度； C 杂质本身结构、性质； D 晶体衬底的结构。
微电子工艺基础
第9章 掺杂技术
一、扩散 2、杂质在硅中的扩散
' s
Q
Dt
1
xj
2 ln
N