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半导体器件与工艺(9)答辩

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半导体器件与工艺(1)答辩

半导体器件与工艺(1)答辩
半导体器件与工艺 （半导体 物理基础）
哈尔滨工程大学
微电子学
半导体基础

电阻率的结构与组分敏感性
用电阻率的高低来区分导体、半导体和绝缘体是不 够严密的 : 某些结构完整且不含杂质的半导体也会有跟 绝缘体不相上下的高电阻率，而当它们含有足够浓度的 某些特殊杂质时，其电阻率又会降到金属电阻率的范围， 甚至比某些导电性欠佳的金属导体的电阻率还低。 半导体是导电能力明显依赖于材料的内外状态的一 类特殊物质。
半导体基础

半导体导电的热敏性
载流子密度是器件特性的决定性因素。从器件工作 特性的稳定性考虑，保持载流子密度的稳定是最基本的 要求。非本征材料在一定的温度范围内主要靠杂质原子 提供载流子，而一个杂质原子最多只能提供一个电子或 空穴。当每个杂质原子都已“尽责”之后，载流子密度 即保持不变，器件即可望保持相应的稳定工作状态。因 此，实际半体器件大多采用掺杂材料。 非本征材料有本征激发和杂质电离两种载流子来源， 其载流子的总密度为二者之和。当本征激发的如状较小 时，靠杂质的完全电离保持载流子的恒定密度。当本征 载流子密度随着温度的升高而接近或超过掺杂浓度时， 非本征半导体即开始向本征半导体转变。
半导体中空穴的导电本质上还是电子的定向运动， 只不过这些电子不是自由电子而是被原子核束缚着的价 电子。半导体电导率表达式
q(nn p p )
则本征半导体电导率表达式
i qni (n p )
常用半导体的载流子迁移率也往往比金属良导体中 的自由电子的迁移率高，但是其电导率却非常小，这是 因为本征载流子浓度与金属中的载流子密度相比很小。
半导体基础

电子在金属和半导体中的能量分布
当温度 T 大于 0K 时，由于电子的平均动能为 3kT/2 ，满带 电子中会有一些能量偏高者越过禁带进入高能量的空带。任 何一个能带能够容纳的电子数很大，而在低温和常温下能够 越过一个宽度只有1eV的禁带的电子也都很少，因而这两个未 满带的特征大不一样，其能量较高者接近全空，能量较低者 接近全满。通常把非零温度下只有少许电子的近空带称为导 带，而把只有少许空状态的近满带称为价带。

半导体发光器件(led常识)答辩

半导体发光器件(led常识)答辩

半导体发光器件（led常识）半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。

事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。

一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。

因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。

此外，在一定条件下，它还具有发光特性。

在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。

进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。

假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。

除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。

发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。

由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。

理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。

若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。

比红光波长长的光为红外光。

现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。

（二）LED的特性1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。

超过此值，LED 发热、损坏。

（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。

超过此值可损坏二极管。

（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。

工艺过程课程设计问题答辩

工艺过程课程设计问题答辩

工艺过程课程设计问题答辩一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握工艺过程的基本概念，理解其在实际生产中的应用。

2. 使学生了解不同类型的工艺流程及其特点，能分析工艺过程中的关键环节。

3. 帮助学生了解工艺参数对产品质量的影响，能运用相关知识优化工艺过程。

技能目标：1. 培养学生运用工艺流程图表达实际生产过程的能力。

2. 提高学生分析工艺问题、提出改进措施的能力。

3. 培养学生团队合作和沟通表达的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱科学、积极探索工艺知识的兴趣。

2. 增强学生的环保意识，使其关注工艺过程对环境的影响。

3. 培养学生严谨认真、勇于创新的精神，提高对工艺过程的敬畏之心。

课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，旨在帮助学生将理论知识与实际生产相结合。

学生特点：学生处于八年级阶段，已具备一定的物理、化学知识基础，好奇心强，善于合作与探究。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，提高学生的实践操作能力和问题解决能力。

在教学过程中，注重目标的分解和落实，确保学生能够达到预期学习成果。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 工艺过程基本概念：介绍工艺过程的定义、分类及其在实际生产中的应用。

教材章节：第一章第一节2. 工艺流程图的绘制：讲解工艺流程图的组成、绘制方法和注意事项。

教材章节：第一章第二节3. 常见工艺流程及其特点：分析不同类型的工艺流程，如化工、机械、电子等行业的工艺流程。

教材章节：第二章4. 工艺参数对产品质量的影响：探讨温度、压力、速度等工艺参数对产品质量的作用。

教材章节：第三章5. 工艺过程优化：介绍工艺过程优化的方法、步骤和案例。

教材章节：第四章6. 实践操作：组织学生进行工艺过程实践操作，巩固理论知识。

教材章节：第五章教学内容安排与进度：第一周：工艺过程基本概念第二周：工艺流程图的绘制第三周：常见工艺流程及其特点第四周：工艺参数对产品质量的影响第五周：工艺过程优化第六周：实践操作与总结教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节和教学目标，确保学生能够掌握工艺过程的相关知识，提高实践操作能力。

半导体复习提纲答辩

半导体复习提纲答辩
画出理想pn结正偏、反偏情况下的少子分布、电流分布示意图
解释利用pn结形成变容器的原理，通过测量pn结电容能否获得半导体杂质的分布信 息？ 变容器原理：应用p-n结在反向偏压时电容随电压变化的特性，来设计用达到此目的的 p-n结被称为变容器，即可变电容器。 通过测量其电容、电压特性可用来计算任意杂质分布。 解释pn结击穿的机制。 隧道效应：当一反向强电场加在p-n结时，价电子可以由价带移动到导带，这种电子穿 过禁带的过程称为隧穿．隧穿只发生在电场很高的时候．。 雪崩倍增：电场足够大，电子可以获得足够的动能，以致于当和原子产生撞击时，可 以破坏键而产生电子-空穴对，新产生的电子和空穴，可由电场获得动能，并产生额外 的电子-空穴对生生不息，连续产生新的电子-空穴对．这种过程称为雪崩倍增。 BJT各区的结构有何特点？为什么？ 发射区：掺杂浓度最高； 基区：掺杂浓度中等，基区的宽度需远小于少数载流子的扩散长度； 集电区：掺杂浓度最低； BJT工作在放大模式下的偏置情况是怎样的？画出p-n-p BJT工作在放大模式下的空 穴电流分布。 射基结为正向偏压，集基结为反向偏压
画出p-n-p BJT在放大模式下各区的少数载流子浓度分布。
为什么HBT的发射效率较高？ 发射区与基区间的能带差在异质结界面上造成能带偏移，ΔEv增加了射基异质结处价 带势垒的高度，从而维持极高的效率与电流增益。 MOS二极管的金属偏压对半导体的影响有哪些？ 会改变能带弯曲情况，改变半导体表面电荷分布。 画出理想MOS二极管（p型半导体）金属端加正偏及反偏电压时的能带图示意图。
略不计时，则可被定义为欧姆接触。
⑧ 肖特基势垒接触：具有大的势垒高度，以及掺杂浓度比导带或价带上态密度低的
金属-半导体接触。
⑨ 阈值电压：形成强反型层时沟道所对应的 VG 称为阈值电压 ⑩ CMOS：由成对的互补p沟道与n沟道MOSFET所组成

半导体基础知识与晶体管工艺原理答辩

半导体基础知识与晶体管工艺原理答辩

/jiangdong01半导体基础知识与晶体管工艺原理（生产线基础培训教程）半导体技术编著2002．8目录第一章半导体的基础知识1-1半导体的一些基本概念1-1-1什么是半导体？ (4)1-1-2半导体的基本特性………………………………………………. .41-1-3半导体的分类 (4)1-1-4 N型半导体和P型半导体 (5)1-1-5 半导体的导电机构 (6)1-2 P-N结 (9)1-2-1 P-N结的构成 (9)1-2-2 P-N结内的载流子运动和平衡 (10)1-2-3 P-N结的基本特性 (10)1-3 二极管 (12)1-3-1二极管的基本构成 (12)1-3-2 二极管的特性曲线（伏安特性） (12)1-3-3 二极管的分类 (13)1-4 晶体管（仅讲双极型） (13)1-4-1 晶体管的构成 (13)1-4-2 晶体管的放大原理 (15)1-4-3 晶体管的特性曲线 (18)1-4-4 晶体管的分类 (21)1-4-5 晶体管的主要电参数 (21)第二章晶体管制造工艺与原理2-1典型产品工艺流程 (24)2-1-1晶体管的基本工艺流程 (24)2-1-2典型产品的工艺流程 (24)2-2晶体管制造主要工艺的作用与原理 (25)2-2-1氧化工艺 (25)2-2-2扩散工艺 (26)2-2-3离子注入工艺 (30)2-2-4光刻工艺 (31)2-2-5蒸发（真空镀膜）工艺 (32)2-2-6CVD工艺 (33)2-2-7台面工艺 (34)2-2-8三扩、磨抛工艺 (35)2-2-9清洗工艺 (36)2-2-10中测、划片工艺 (36)2-3 常见的工艺质量问题以及对产品质量的影响 (37)2-3-1工艺质量问题分类 (37)2-3-2常见的工艺质量问题举例 (37)2-4 工艺纪律和工艺卫生的重要性 (41)2-4-1半导体生产对空气洁净度的要求 (41)2-4-2 工艺卫生的内涵 (42)2-4-3 工艺卫生好坏对半导体生产的影响 (42)2-4-4 工艺纪律的内涵 (43)2-4-5 工艺纪律的重要性 (43)第一章半导体基础知识1-1半导体的一些基本概念1-1-1什么是半导体？导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，叫做半导体。

第一章半导体器件答辩

第一章半导体器件答辩

电子技术模拟电路部分第一章半导体器件第一章半导体器件§ 1.1半导体的基本知识§ 1.2PN结及半导体二极管§ 1.3特殊二极管§ 1.4半导体三极管§ 1.5场效应晶体管§1.1 半导体的基本知识1.1.1 导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。

绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。

半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。

半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。

例如：•当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。

•往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。

1.1.2本征半导体一、本征半导体的结构特点现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。

Ge Si通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。

本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。

在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。

硅和锗的晶体结构：硅和锗的共价键结构 共价键共用电子对+4 +4 +4 +4+4表示除去价电子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。

形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。

共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。

+4 +4+4 +4二、本征半导体的导电机理1.载流子、自由电子和空穴在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。

半导体绪论答辩


+4
综上所述：
(1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导体。
电子是多数载流子； 空穴是少数载流子； 不参加导电的正离子。
(2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导体。
空穴是多数载流子，
电子是少数载流子，
不参加导电的负离子。
(3) 杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由本
结论：
PN结的单向导电性：
PN 结加正向电压产生大的正向电流， PN 结
导电。
PN结加反向电压产生很小的反向饱和电流，
近似为零， PN结不导电。
2019年5月19日1时37分
⑵ PN结的伏安特性
定量描绘 PN结两端电压和流过结的电流 的关系的曲线——PN结的伏安特性。 根据理论分析，PN结的伏安特性方程为
综上所述：
(1) 半导体中有两种载流子：自由电子和空 穴，电子带负电，空穴带正电。 (2) 本征半导体中，电子和空穴总是成对地 产生，ni = pi。 (3) 半导体中，同时存在载流子的产生和复 合过程。
2019年5月19日1时37分
⑵ 杂质半导体
本征半导体的电导率很小，而且受温度和 光照等条件影响甚大，不能直接用来制造 半导体器件。 本征半导体的物理性质：纯净的半导体中 掺入微量元素，导电能力显著提高。 掺入的微量元素——“杂质”。 掺入了“杂质”的半导体称为“杂质”半 导体。
2019年5月19日1时37分
⑴ 本征半导体
半导体由于热激发而不断产生电子空穴对， 那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和 空穴浓度是否会越来越大呢？ 实验表明，在一定的温度下，电子浓度和空 穴浓度都保持一个定值。 半导体中存在
载流子的产生过程 载流子的复合过程

半导体物理学基础知识答辩

1半导体中的电子状态1.2半导体中电子状态和能带1.3半导体中电子的运动有效质量1半导体中E与K的关系2半导体中电子的平均速度3半导体中电子的加速度1.4半导体的导电机构空穴1硅和锗的导带结构对于硅，由公式讨论后可得：I.磁感应沿【1 1 1】方向，当改变B（磁感应强度）时，只能观察到一个吸收峰II.磁感应沿【1 1 0】方向，有两个吸收峰III.磁感应沿【1 0 0】方向，有两个吸收峰IV磁感应沿任意方向时，有三个吸收峰2硅和锗的价带结构重空穴比轻空穴有较强的各向异性。

2半导体中杂质和缺陷能级缺陷分为点缺陷，线缺陷，面缺陷(层错等1.替位式杂质间隙式杂质2.施主杂质：能级为E(D,被施主杂质束缚的电子的能量状态比导带底E(C低ΔE(D,施主能级位于离导带底近的禁带中。

3. 受主杂质：能级为E(A,被受主杂质束缚的电子的能量状态比价带E(V高ΔE(A,受主能级位于离价带顶近的禁带中。

4.杂质的补偿作用5.深能级杂质：⑴非3，5族杂质在硅，锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远，离价带顶也较远，称为深能级。

⑵这些深能级杂质能产生多次电离。

6.点缺陷：弗仑克耳缺陷：间隙原子和空位成对出现。

肖特基缺陷：只在晶体内部形成空位而无间隙原子。

空位表现出受主作用，间隙原子表现出施主作用。

3半导体中载流子的分布统计电子从价带跃迁到导带，称为本征激发。

一、状态密度状态密度g(E是在能带中能量E附近每单位间隔内的量子态数。

首先要知道量子态，每个量子态智能容纳一个电子。

导带底附近单位能量间隔内的量子态数目，随电子的能量按抛物线关系增大，即电子能量越高，状态密度越大。

二、费米能级和载流子的统计分布在T=0K时，费米能级E(f可看作是量子态是否被电子占据的一个界限。

附图：随着温度的升高，电子占据能量小于费米能级的量子态的概率下降，占据高于费米能级的量子态的概率上升。

2波尔兹曼分布函数在E-E(f>>K(0T时，服从波尔兹曼分布（是费米能级的一种简化形式）。

半导体基础知识答辩ppt课件


１.2.2 V—A特性曲线
实验曲线
i
锗
击穿电压UBR
(1) 正向特性 i
u
V
mA
(2) 反向特性
i u
V
uA
0
u
反向饱和电流
导通压降 硅：0.7 V
死区

电压
E
锗：0.3V
硅：0.5 V 锗： 0.1 V
E
(1)正向特性：
对应于图1-12曲线的第①段，为二极管伏特性的正向特 性部分。这时加在二极管两端的电压不大，从数值上看，只 有零点几伏，但此时流过二极管的电流却较大，即此时二极 管呈现的正向电阻较小。一般硅管正向导通压降约为0.6～ 0.7V, 锗管约为0.2～0.3V。
少子—电子
少子—空穴
少子浓度——本征激发产生，与温度有关 多子浓度——掺杂产生与，温度无关
1.2.1 PN结
1 . PN结的形成
PN结合 因多子浓度差 多子的扩散 空间电荷区
形成内电场 阻止多子扩散，促使少子漂移。 内电场E
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － －－
++ ++
正向电流
－ － －－
++ ++
内电场 E
EW
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。
动画演示
外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R
P
空间电 荷区
N
－ － －－
++ ++

半导体基础知识答辩50页PPT

半导体基础知识答辩
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
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Ns x j 2 ln N B
1
2
Dt
扩散层Байду номын сангаас量参数
两式统一表示为：
x j A Dt
对余误差分布，
NB A 2erfc 1 N s
对高斯分布，
Ns A 2 ln N B
1 2
扩散层质量参数
方块电阻
扩散层质量参数
④分段击穿：
分段击穿也称管道型击穿。特点是在较低电压下有一击穿点，然 后电流随电压升高而线性增加。当电压继续升高到某一值时再次发生 击穿。产生的原因多是由于基片内存在局部薄弱点，如层错、位错密 度过高，光刻图形边缘不整齐，扩散层表面存在合金点等。
扩散条件的选择
扩散层质量参数与扩散条件密切相关。扩散条件选择合 适，才可能获得质量合乎要求的扩散层。扩散条件包括扩 散方法，扩散杂质源，扩散温度和时间。 （1）扩散方法的选择 扩散方法可以分为气 - 固扩散、液 - 固扩散和固 - 固扩散 三种类型。其中气-固扩散又可分为闭管扩散、箱法扩散和 气体携带法扩散；固-固扩散可分为氧化物源法和涂源法。 ■闭管扩散 特点是把杂质源和将要扩进杂质的衬底片， 密封于同一石英管内，因而扩散的均匀性、重复性较好， 扩散时受外界影响少，在大面积深结扩散时常采用这种方 法。由于密封，还能避免杂质蒸发。缺点是工艺操作繁琐， 每次扩散后都要敲碎石英管，石英管耗费大。另外，每次 扩散都要重新配源。
扩散条件的选择
（2）扩散杂质源的选择 对于硅器件平面工艺中的扩散，杂质源的选择主要应考虑： 对所选择的杂质，SiO2掩模应能起着有效的掩蔽扩散作用；在 硅中的固溶度足够高，要大于所需要的表面浓度；扩散系数的 大小要适当（如杂质扩散便于控制、不同杂质的扩散系数大小 搭配适当、已掺入的杂质在后续的热处理过程中杂质分布变化 小）。作为扩散用的杂质源，还有其他方面的要求，如纯度高， 杂质电离能小，使用方便、安全等。
Dt x Q N x , t dx N erfc dx 2 N 1.13N s Dt 0 0 s s 2 Dt
杂质原子的微观扩散机构
有限表面源扩散分布 有限表面源扩散是指在扩散过程中，杂质源限定于扩散前 淀积在硅片表面极薄层内的杂质总量Q，没有补充或减少，依 靠这些有限的杂质向硅片内进行的扩散。
扩散条件的选择
■箱法扩散 将源和衬底片（如硅片）同置于石英管内，这种 方法只要箱体本身结构好，源蒸汽泄漏率恒定，仍然具有闭 管扩散的优点，因而常用于集成电路中的埋层锑扩散。但它 比闭管扩散前进了一步，不用每次敲碎石英管。
■气体携带法扩散 包括气态源、液态源和固态源三种。气态
源（如B2H6、PH3）扩散，液态源（如POCl3,、B(CH3O)3扩散， 不用配源，一次装源后可用较长的时间，且系统简单，操作 方便，生产效率高。固态源扩散（如氮化硼片、磷钙玻璃片 扩散法等），因为源片与硅片是交替平行排列，因而有较好 的重复性、均匀性，适于大面积扩散。但源片易吸潮变质， 不如液态源扩散优越。
x x N x, t N s 1 erf N s erfc 2 Dt 2 Dt
杂质原子的微观扩散机构
Ns 是半导体内表面处的杂质浓度，当气氛中杂质的分压强较 低时，在半导体内表面处的杂质溶解度将与其周围气氛中杂质的分 压强成正比。当杂质分压强较高时，则与周围气氛中杂质的分压强 无关，数值上就等于扩散温度下杂质在半导体中的固溶度。在通常 的扩散条件下，表面杂质浓度可近似取其扩散温度下的固溶度．固 溶度是指杂质在一定温度下，能溶入固体硅中的最大浓度。因此， 杂质的固溶度给杂质扩散的表面杂质浓度设置了上限。 杂质元索和扩散温度选定之后，Ns和D就基本定了，若再将扩 散时间t定下来，杂质分布也就确定了。时间如何确定，将与对分 布的要求有关。不同的扩散时间，分布曲线不同，其扩散的深度不 同，扩入硅片内的杂质总量也不同。 扩入硅片内的杂质总量可以用曲线下面的面积来表示，即
半导体器件与工艺
第九章 掺 杂
哈尔滨工程大学
微电子学
引言
掺杂是用人为的方法，将所需要的杂质，以一 定的方式掺入到半导体基片规定的区域内，并达到 规定的数量和符合要求的分布．这种技术可以用来 制作p-n结、集成电路中的电阻器、互连线，它起到 改变某些区域中的导电性能等作用，是实现半导体 器件和集成电路纵向结构的重要手段，并且，它与 光刻技术相结合，能获得满足各种需要的横向和纵 向结构图形。
硅器件生产中的两步扩散工艺
发射区磷扩散，也是采用两步扩散．但目的与硼基 区扩散不一样。它预淀积时采用较再分布为高的扩散温 度，扩散时间也较长，使发射区的表面浓度和结深仅此 一步已基本上达到设计的要求。其后的再分布，虽然也 能在一定程度上调整发射区的表面浓度和结深，但其主 要目的是保证发射区窗口生长有足够厚的 SiO2薄层，为 后续工序作准备和钝化作用。因此，也有把第一步称为 “主扩散”，第二步称为“再扩散”．
扩散层质量参数
②低击穿： 指pn结加反向偏压后，在远低于理论值时就已经发生击 穿的现象。但曲线有明显的拐点，是硬击穿。产生的原因很 多，如pn结有较大的局部尖峰，基区过窄或外延层过薄，以 及扩散层上的合金点、外延层的层错和位错密度较高等都会 造成低击穿。 ③靠背击穿： 特点是在反向电压很小时，反向电流即随电压的升高而 迅速增大，并很快进入饱和阶段。随着反向电压的继续增大， 最后出现击穿。它产生的原因主要是由于表面沟道效应所引 起的。
硅器件生产中的两步扩散工艺
第一步的预淀积扩散，它的杂质浓度遵循余误差函数分 布，即 x N x, t1 N s1erfc
2 D1t 1
相应的杂质总量可表示为
Q 2 N s1 D1t1

式中，注脚“1”表示预淀积扩散。
硅器件生产中的两步扩散工艺
第二步再分布扩散常与下一步的氧化同时进行，在杂 质向半导体内部继续推进的同时，也在硅片表面进行氧化 生长SiO2层。如果预淀积的扩散深度比再分布推移的深度 小得多，预淀积后硅片表面所淀积的含杂质的玻璃层已经 去除。 2
扩散层质量参数
表面浓度的大小一般由扩散形式、扩散杂质源、 扩散温度和时间所决定。但恒定表面源扩散，表面 浓度的数值基本上是扩散温度下杂质在硅中的固溶 度。也就是说，对于给定杂质源、表面浓度由扩散 温度控制。对有限表面源扩散，表面浓度则由预淀 积的杂质总量和扩散时的温度和时间所决定。但扩 散温度和时间由结深的要求所决定，所以此时的表 面浓度主要由预淀积的杂质总量来控制。在结深相 同的情况下，预淀积的杂质总量越多，再分布后的 表面浓度就越大。
杂质原子的微观扩散机构
杂质原子的微观扩散机构
扩散系数除与温度有关外，还与基片材料的取向、晶 格的完整性、基片材料的本体杂质浓度以及扩散杂质的表 面浓度等因素有关。因此，给出的扩散系数只能作为一个 参考数值。在实际工艺过程中，由于工艺条件的差异，往 往有较大的误差，必要时还需要进行修正。 对于具体的杂质而言，究竟属于那一种扩散方式，取 决于杂质本身的性质。例如，对硅而一言，Au、 Ag、Cu、 Fe和Ni等半径较小的重金属杂质原子，一般按间隙式（或 两种方式兼有）进行扩散，而P、As、Sb、B、Al、Ga等III、 V族半径较大的杂质原子，则按替位式扩散。所以，前者比 后者的扩散速度一般要大得多。
x2 Q N x, t exp Dt 4 Dt
硅器件生产中的两步扩散工艺
在硅器件平面工艺中，常采用“两步扩散”工艺。 第一步采用恒定表面源扩散的方式，在硅片表面淀积一 定数量Q 的杂质原子。由于扩散温度较低，扩散时间较 短，杂质原子在硅片表面的扩散深度极浅，如同淀积在 表面，通常称为“预淀积”。第二步是把经预淀积的硅 片放入另一扩散炉内加热，使杂质向硅片内部扩散，重 新分布，达到所要求的表面浓度和扩散深度。所以，这 一步是有限表面源扩散，常称为“再分布”。
结深
扩散时，若扩散杂质与衬底杂质的类型不同，则扩散 后在衬底中将要形成p-n结。这个p-n结的几何位置与扩散 层表面的距离称为结深，一般用 x j 表示。 恒定表面源时余误差分布的结深表达式：
NB x j 2erfc N Dt s
1
有限表面源扩散时，高斯分布的结深表达式：
杂质原子的微观扩散机构
在半导体器件制作中的扩散，主要有两种类型，恒定表面 源扩散和有限表面源扩散。 恒定表面源扩散分布 恒定表面源，是指在扩散过程中，硅片表面的杂质浓度Ns 始终是保持不变的。例如，基区、发射区的预淀积和一般箱法 扩散均可认为属于这种情况。恒定表面源扩散，在硅片内形成 的杂质分布是余误差函数分布。
杂质原子的微观扩散机构
杂质原子（离子）在半导体晶片中的扩散可归纳为两种典 型的形式：间隙式扩散和替位式扩散。 (1) 间隙式扩散 杂质原子从一个原子间隙运动到相邻的另一个原子间隙， 是通过晶体中原子间的间隙进行的。这种依靠间隙运动方式而 逐步跳跃前进的扩散机构，称为间隙式扩散。 (2)替位式扩散 替位式杂质原子从一个替位位置运动到相邻另一个替位位 置，只有当近邻格点处有一个空位时，替位杂质原子才有可能 进入邻近格点而填充这个空位。 替位式杂质原子的扩散要比间隙杂质原子扩散慢得多，并 且扩散系数随温度变化很迅速，温度越高，扩散系数值越大， 杂质在硅中的扩散就进行得越快。
扩散层质量参数
表面浓度的实际大小，还与氧化温度和时间有关。氧 化温度愈高，杂质扩散愈快，就愈能减弱杂质在表面附近 的堆积。氧化时间愈长，再分布所影响到的深度就愈大。 因此，杂质再分布影响到的深度和最终杂质浓度的分布， 与氧化温度和时间有很大的关系。 磷在硅表面的堆积效应相对来说是较小的，表面浓度 一般增加10-20%，而且受到影响的深度一般小于100 nm， 故往往可以忽略。但硼在硅表面的耗损效应却往往不可忽 视。虽然再分布时受到影响的深度不大（约为 100-1500 nm），但表面浓度的减小是可观的。