半导体掺杂简介

第十一章 掺杂 概述 导电区和N-P 结是晶圆内部或表面形成的半导体器件的基本组成部分。他们是通过扩散或离子注入技术在晶圆中形成的。本章将具体介绍 N-P 结的定义，扩散与离子注入的原理及工艺。 目的 完成本章后您将能够： 1. 定义 P-N 结。 2. 画出完整的扩散工艺流程图。 3. 描述淀积步骤与推进步骤的不同。 4. 列举三种类型的淀积源。 5. 画出淀积和推进工艺的典型杂质浓度与深度位置的关系曲线。 6. 列举离子注入机的主要部件。 7. 描述离子注入的原理。 8. 比较扩散与离子注入工艺的优势劣势。 结的定义 使晶体管和二极管工作的结构就是N-P 结。结（junction）就是富含带负电的电子的区域（N 型区）与富含空穴的区域（P 型区）的分界处。结的具体位置就是电子浓度与空穴浓度相同的地方。这个概念在扩散结的形成章节中已作过解释。 在半导体表面形成结的通常做法是热扩散（diffusion ）或离子注入（ion implantation）。 掺杂区的形成 扩散的概念 扩散掺杂工艺的发展是半导体生产的一大进步。扩散，一种材料通过另一种材料的运动，是一种自然的化学过程，在现实生活中有很多例子。扩散的发生需 要两 个必 要的条 件。第一，一种材料的浓度必 需 高 于 另外 一种。第二，系统 内部必 须 有足 够的能量 使高 浓度的材料进入或通过另一种材料。扩散的原理被 用 来 将 N-型或P-型杂质引 进到 半导体表层 深部。然而 ，小 尺 寸 器件的要求 使业 界转 而 采 用 离子注入作为 主要的掺杂技术。但 是，一旦 杂质进入晶圆的表面，后续 的高 温 过程都 会 使它 继 续 移 动。扩散定律 决 定了 后续 的移 动。 气 相扩散的一个例子就是常见 的充 压 的喷 雾 罐 （图 11.1），比如 房 间 除 臭 剂 。按 下喷 嘴 时 ，带有压 力 的物 质离开 罐 子进入到 附 近 的空气 中。 此 后，扩散过程使得 气 体移 动分布 到 整个房 间 。这种移 动在喷 嘴 被 按 开 时 开 始 ，并 且 在喷 嘴 关闭 后还 会 继 续 。只 要前面 的 喷 雾 引 入 的 浓 度 高 于 空 气 中 的 浓 度 ， 这 种 扩 散 过 程 就 会 一 直 继 续 。 随 着 物 质 远 离 喷雾 罐 ， 物 质 的 浓 度 会 逐 渐 降 低 。 这 是 扩 散 过 程 的 一 个 特 性 。 扩 散 会 一...