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第三章 扩散工艺 岳瑞峰 微纳器件与系统研究室 清华大学微电子学研究所 yuerf@mail.tsinghua.edu.cn 1 固态扩散工艺是将一定数量的某种杂质掺入到硅晶体中，以改变电学性 质，并使掺入的杂质数量、分布形式和深度等都满足要求。 在IC制造中主要采用扩散法和离子注入法进行掺杂。 高浓度深结掺杂采用热扩散法，浅结高精度掺杂用离子注入法。 常用的掺杂杂质： P （磷）、B （硼）、 As （砷）、Sb （锑） 。 2 扩散原理（模型与公式） 费克一维扩散方程 费克第一定律－描述扩散运动的基本方程 ： J −D ∂C( x , t ) （1） ∂x 其中，C是杂质浓度，D是扩散率（扩散系数），J是杂质净流量 费克第二定律： ∂C( x , t ) ∂ ∂C( x , t ) （2 ） ( D ) ∂t ∂x ∂x 假设D与位置无关，式（2 ）可简化为： ∂C( x , t ) ∂2 C( x , t ) D 2 ∂t ∂x 位置变量用沿硅圆片深度方向（z ）取代，上式可改写为： ∂C( z , t ) ∂2 C( z , t ) D 费克简单扩散方程 2 ∂t ∂z 3 扩散的原子模型 根据杂质在半导体材料晶格中所处的位置，可将其分 为两类：替位型杂质；填隙型杂质 替位型杂质 P, B, As, Al, Ga, Sb, Ge 硅中的杂质 填隙型杂质 O, Au, Fe, Cu, Ni, Zn, Mg 4 杂质的扩散机制 直接交换式扩散 替位型杂质原子必须打破与周围本体原子间的键合 空位交换式扩散 空位扩散需要的激活能比直接交换式扩散小， 是替位型杂质的主要扩散机制之一。 推填隙式扩散 1、替位式杂质原子被自填隙硅原子推到填隙位置； 2、杂质