扩散原理及工艺培训

扩散工艺的原理
扩散工艺是一种常用的半导体制造工艺，主要用于将掺杂材料在晶体中进行分布均匀的过程。

其原理基于掺杂材料的高浓度区域向低浓度区域的自由扩散。

具体的步骤如下：
1. 洁净晶体表面：在进行扩散之前，必须先清洁晶体表面，以去除表面氧化物和杂质，保证扩散过程的纯净度。

2. 衬底预处理：扩散液有时会侵蚀衬底材料，因此，需要先用保护层对衬底进行处理，以避免受到损伤。

3. 掺杂液制备：根据需要进行掺杂的材料种类和浓度要求，制备合适的掺杂液。

掺杂液中主要含有掺杂材料的离子。

4. 扩散过程：将待扩散的晶体与掺杂液接触，经过一定的时间和温度，掺杂材料的离子会在表面开始向内部扩散。

扩散速度取决于温度、时间和材料的特性。

5. 控制参数：在扩散过程中，需要严格控制温度、时间和气氛，以确保掺杂材料扩散的均匀性和准确性。

6. 后处理：扩散完成后，需要进行后续的清洗和退火处理，以去除残留的杂质和优化晶体结构。

总结起来，扩散工艺的原理是利用掺杂材料的高浓度区域向低浓度区域的自由扩散。

通过精确控制参数，可以实现对晶体的特定区域进行掺杂，从而改变材料性质和特性。

扩散工艺的化学原理扩散工艺是一种将固体材料中的原子或分子在另一固体材料中扩散的方式。

它是一种重要的材料加工技术，被广泛应用于半导体行业、材料科学、电子设备制造等领域。

1.气相扩散：气相扩散是一种将气体原子或分子从高浓度区域扩散到低浓度区域的过程。

它广泛应用于半导体制造中。

在气相扩散过程中，气体原子或分子通过与被处理材料的表面发生化学反应来扩散。

这种化学反应的速率由固体表面与气体界面之间的反应速率决定。

例如，氮化硅薄膜的制备常采用氨气(NH3)与硅表面上的硅原子发生反应，形成氮化硅层。

氨气的浓度差异使其向硅表面扩散，反应的速率主要取决于氨气与硅表面反应的速率。

2.液相扩散：液相扩散是指液体中原子或分子通过扩散来实现的过程，这种扩散通常发生在固体表面和液体之间。

液相扩散常用于金属合金的制备。

在液相扩散过程中，金属原子在固相间扩散，并在固体和液体相界面处重新结晶。

液体中的浓度差异是驱动液相扩散的主要原因。

例如，当固体镍和固体铬在液体中混合时，镍原子和铬原子会相互扩散使合金形成均匀的镍铬分布。

这种液相扩散过程中，镍原子和铬原子之间的化学反应被加速，形成新的镍铬化合物。

3.固相扩散：固相扩散是指固体材料中的原子或分子通过固体晶界、点缺陷、空位等的移动来实现的扩散过程。

固相扩散通常发生在材料的固态结构中，是一种非常缓慢的过程。

固相扩散的速率取决于晶体中原子或分子的浓度差异以及晶界和缺陷的性质。

例如，金属在高温下会发生固相扩散。

当金属中的原子在晶界或点缺陷处移动时，它们会在固态结构中扩散，从而改变金属的组织结构和性能。

这种固相扩散对于合金的制备和材料的加工具有重要意义。

总之，扩散工艺是通过利用浓度差异从而使固体材料中的原子或分子在其它材料中扩散的一种技术。

气相扩散、液相扩散和固相扩散是扩散工艺的常见形式，它们的化学原理基于热运动和化学反应，其中浓度差异是驱动扩散的主要力量。

这些扩散过程对于材料的合成、改性和加工具有重要作用，广泛应用于各个领域。

扩散⼯艺知识..第三章扩散⼯艺在前⾯“材料⼯艺”⼀章，我们就曾经讲过⼀种叫“三重扩散”的⼯艺，那是对衬底⽽⾔相同导电类型杂质扩散。

这样的同质⾼浓度扩散，在晶体管制造中还常⽤来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻。

除了改变杂质浓度，扩散的另⼀个也是更主要的⼀个作⽤，是在硅平⾯⼯艺中⽤来改变导电类型，制造PN 结。

第⼀节扩散原理扩散是⼀种普通的⾃然现象，有浓度梯度就有扩散。

扩散运动是微观粒⼦原⼦或分⼦热运动的统计结果。

在⼀定温度下杂质原⼦具有⼀定的能量，能够克服某种阻⼒进⼊半导体，并在其中作缓慢的迁移运动。

⼀．扩散定义在⾼温条件下，利⽤物质从⾼浓度向低浓度运动的特性，将杂质原⼦以⼀定的可控性掺⼊到半导体中，改变半导体基⽚或已扩散过的区域的导电类型或表⾯杂质浓度的半导体制造技术，称为扩散⼯艺。

⼆．扩散机构杂质向半导体扩散主要以两种形式进⾏：1．替位式扩散⼀定温度下构成晶体的原⼦围绕着⾃⼰的平衡位置不停地运动。

其中总有⼀些原⼦振动得较厉害，有⾜够的能量克服周围原⼦对它的束缚，跑到其它地⽅，⽽在原处留下⼀个“空位”。

这时如有杂质原⼦进来，就会沿着这些空位进⾏扩散，这叫替位式扩散。

硼（B ）、磷（P ）、砷（As ）等属此种扩散。

2．间隙式扩散构成晶体的原⼦间往往存在着很⼤间隙，有些杂质原⼦进⼊晶体后，就从这个原⼦间隙进⼊到另⼀个原⼦间隙，逐次跳跃前进。

这种扩散称间隙式扩散。

⾦、铜、银等属此种扩散。

三．扩散⽅程扩散运动总是从浓度⾼处向浓度低处移动。

运动的快慢与温度、浓度梯度等有关。

其运动规律可⽤扩散⽅程表⽰，具体数学表达式为： N D tN 2?=?? （3-1）在⼀维情况下，即为： 22xN D t N ??=?? （3-2）式中：D 为扩散系数，是描述杂质扩散运动快慢的⼀种物理量；N 为杂质浓度；t 为扩散时间；x 为扩散到硅中的距离。

四．扩散系数杂质原⼦扩散的速度同扩散杂质的种类和扩散温度有关。

扩散课工艺培训培训内容扩散部设备介绍氧化工艺介绍扩散工艺介绍合金工艺介绍氧化层电荷介绍LPCVD 工艺介绍扩散部设备介绍卧式炉管立式炉管炉管工艺和应用（加）氧化工艺-1 氧化膜的作用选择扩散和选择注入。

阻挡住不需扩散或注入的区域，使离子不能进入。

氧化工艺-2 氧化膜的作用缓冲介质层二次氧化等，缓冲氮化硅应力或减少注入损伤氧化工艺-3 氧化膜的作用器件结构的一部分：如栅（Gate ）氧化层，非常关键的项目，质量要求非常高；电容极板之间的介质，对电容的大小有较大影响氧化工艺-4 氧化膜的作用隔离介质：工艺中常用的场氧化就是生长较厚的二氧化硅膜，达到器件隔离的目的。

氧化工艺-5 氧化方法干氧氧化SI+O 2==SIO 2结构致密，均匀性、重复性好，掩蔽能力强，对光刻胶的粘附性较好，但生长速率较慢，一般用于高质量的氧化，如栅氧化等；厚层氧化时用作起始和终止氧化；薄层缓冲氧化也使用此法。

水汽氧化2H 2O+SI==SIO 2+2H 2 生长速率快，但结构疏松，掩蔽能力差，氧化层有较多缺陷。

对光刻胶的粘附性较差。

氧化工艺-6 氧化方法湿氧氧化（反应气体：O2+H 2O）H2O+SI==SIO 2+2H 2SI+O 2==SIO 2 生长速率介于干氧氧化和水汽氧化之间；H2O 的由H2 和O2 的反应得到；并通过H2 和O2 的流量比例来调节氧化速率，但比例不可超过1.88 以保安全；对杂质掩蔽能力以及均匀性均能满足工艺要求；多使用在厚层氧化中。

HCL 氧化（氧化气体中掺入HCL ）加入HCL 后，氧化速率有了提高，并且氧化层的质量也大有改善。

目前栅氧化基本采用O2+HCL 方法。

氧化工艺-7 影响氧化速率的因素硅片晶向氧化速率(110)>POLY>(111)>(100)掺杂杂质浓度杂质增强氧化，氧化速率发生较大变化如N+ 退火氧化( N+DRIVE1 )：衬底氧化厚度：750AN+ 掺杂区氧化厚1450A 氧化工艺-8 热氧化过程中的硅片表面度：生长 1um 的SiO 2，要消耗掉 0.46um 的Si。

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。

CT扩散工艺培训一、工艺介绍：1.1扩散炉气流平面图图一为CT扩散炉简易平面图图二为通过扩散炉气体流动方向1.2扩散原理：1.2.1化学反应方程式：POCl 3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷（PCl 5）和五氧化二磷（P 2O 5），其反应式如下：5253O P 3PCl C6005POCl +−−−→−︒>；生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：↓+→+4P 5S iO 5S i O 2P 252；PCl 5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。

因此通入过量O 2 ，使PCl 5进一步分解为我们所需要的物质，其反应式如下：↑+−−−−→−+2522510Cl O 2P 2O 过量5O 4PCl 。

1.2.2 磷扩散过程：首先在硅片表面形成一层磷硅玻璃，如下图所示：然后经过一系列的高温推进后，杂质再重新分布，形成一层薄的N 型硅，如下图所示：1.3 扩散工艺控制：温度影响扩散方块电阻的温度有Deposition温度；Drive-in 的温度；时间影响扩散方块电阻的时间有Deposition时间；Drive-in 的时间；浓度影响扩散方块电阻的浓度有小氮流量，影响方阻的均匀性有小氮流量和大氮流量；源温主要是指三氯氧磷的温度，三氯氧磷的饱和蒸汽压随源温的变化而变化，最终决定通往扩散炉的磷源流量；小氮流量小氮流量的决定了所携带磷源的大小，最终直接影响方块电阻的大小；扩散炉内的压力扩散炉内的气压会影响扩散均匀性；1.4 典型工艺1.5 不同方阻磷浓度曲线分布图：1.6 工艺结果表面有一层磷硅玻璃；磷掺杂形成发射极；方块电阻大小由馆内温度和气体浓度决定；二、作业步骤：2.1 正常生产：2.1.1 激活石英舟，验证舟的ID，类型，状态和承载位置，如下图所示：2.1.2 选择炉管，石英舟的位置，承载模式和舟的状态，如下图所示：2.1.3 检验工艺选择及信息概要，如下图所示：2.2 特定生产：2.2.1 激活舟并定义硅片承载模式，如下图所示：2.2.2 检验舟的ID，类型，承载位置及状态：2.2.3 工艺选择及信息概要：2.3 结束特定作业：2.3.1 勾选’set boat to inactive after unloading ‘2.3.2 点击卸片按钮2.4 删除作业信息：勾选’delete load information of this boat ‘2.5 重新开始项目解决好J&R操作错误后的步骤：2.5.1 确认J&R与CMI上的错误信息；2.5.2 删除失败的作业项目；2.5.3 手动把舟移动到存储架2-7上；2.5.4 重新加载作业信息，设置舟当前的位置；2.5.5 重新开始自动运行；2.5.6 如果有其它作业项目即将结束，CMI会先完成，然后再重新开始原来重新加载的项目；三、记录分析及工艺编辑：3.1 记录分析：3.1.1 打开Protgraf 软件，如下图标所示：3.1.2 用Protgraf分析，点击如下图标：3.1.3 选择要分析的管号和时间段：3.1.4 选择需要列表输出或者图形显示的项目：3.1.5 记录分析3.1.6 重要事件记录：3.1.7 列表显示：3.1.8 事件显示：3.1.9 图形显示：3.2 工艺编辑：3.2.1 工艺调整：3.2.1.1打开程序，点击桌面CCC-RM图标3.2.1.2第二步：选择左上角第二个菜单栏，输入密码，60653.2.1.3打开工艺控制菜单后，在右边菜单栏内选定，需要调整的工艺号：3.2.1.4选定后，点击右边菜单栏下的“check out ”键，将工艺导出：3.2.1.5点击中间菜单栏下的“”，待更改工艺即出现以下界面的左栏，点击向右箭头，将工艺导导至修改栏，点击“Edit”，开始工艺修改：3.2.1.6工艺更改好后，点击“save”保存：3.2.1.7点击向右箭头，放回：3.2.1.8回到工艺界面，选定工艺，点击中间栏下部的“check in”，将工艺放回至程序库：3.2.2 复制工艺：在生产过程中，有可能出现工艺出错，无法修改，甚至无法调出的情况，可以将其他炉管同一系列工艺进行复制，然后修改，再将新复制的工艺倒回程序库即可。

扩散⼯艺培训扩散⼯艺培训⼀、扩散⽬的。

在P型衬底上扩散N型杂质形成PN结。

达到合适的掺杂浓度ρ/⽅块电阻R□即获得适合太阳能电池PN结需要的结深和扩散层⽅块电阻。

R□的定义：⼀个均匀导体的⽴⽅体电阻,长L，宽W，厚d R= ρ L / d W =(ρ/d) (L/W)此薄层的电阻与（L / W）成正⽐，⽐例系数为（ρ /d）。

这个⽐例系数表⽰：叫做⽅块电阻，⽤R□R□= ρ / dR = R□（L / W）L= W时R= R□，这时R□表⽰⼀个正⽅形薄层的电阻，与正⽅形边长⼤⼩⽆关。

单位Ω/□，⽅块电阻也称为薄层电阻Rs在太阳电池扩散⼯艺中，扩散层薄层电阻是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要⼯艺指标之⼀。

制造⼀个PN结并不是把两块不同类型（P型和N型）的半导体接触在⼀起就能形成的。

必须使⼀块完整的半导体晶体的⼀部分是P型区域，另⼀部分是N 型区域。

也就是晶体内部形成P型和N型半导体接触。

⽬前绝⼤部分的电池⽚的基本成分是硅，在拉棒铸锭时均匀的掺⼊了B(硼)，B原⼦最外层有三个电⼦，掺B的硅含有⼤量空⽳，所以太阳能电池基⽚中的多数载流⼦是空⽳，少数载流⼦是电⼦，是P型半导体.在扩散时扩⼊⼤量的P(磷)，P原⼦最外层有五个电⼦，掺⼊⼤量P的基⽚由P型半导体变为N型导电体，多数载流⼦为电⼦,少数载流⼦为空⽳。

在P型区域和N型区域的交接区域，多数载流⼦相互吸引，漂移中和，最终在交接区域形成⼀个空间电荷区，内建电场区。

在内建电场区电场⽅向是由N 区指向P区。

当⼊射光照射到电池⽚时，能量⼤于硅禁带宽度的光⼦穿过减反射膜进⼊硅中，在N 区、耗尽区、P区激发出光⽣电⼦空⽳对。

光⽣电⼦空⽳对在耗尽区中产⽣后，⽴即被内建电场分离，光⽣电⼦被进⼊N区，光⽣空⽳则被推进P区。

光⽣电⼦空⽳对在N区产⽣以后,光⽣空⽳便向PN结边界扩散，⼀旦到达PN结边界，便⽴即受到内建电场作⽤，被电场⼒牵引做漂移运动,越过耗尽区进⼊P区，光⽣电⼦(多⼦)则被留在N区。