[拼音]：zazhi kuosan gongyi

[外文]：impurity diffusion technique

利用固态扩散原理将杂质元素按要求的深度掺入半导体表面或体内指定区域的工艺。在硅集成电路工艺中，主要是掺化学元素Ⅲ族和Ⅴ族杂质。掺入Ⅲ族元素形成P区；掺入Ⅴ族元素形成N区。杂质扩散工艺用于制作PN结或构成集成电路中的电阻、电容、互连布线、二极管和晶体管等器件，也用于器件之间的隔离。

早在50年代，人们就开始对一些元素在硅中的扩散性状进行研究。利用这些研究成果发展起来的扩散工艺很快成为制造硅器件的一种主要掺杂技术。50年代末至60年代初，扩散工艺与氧化、光刻等技术相结合，运用于平面晶体管的制造，形成了由扩散、氧化、光刻等技术所组成的一种先进的硅器件加工工艺，称为硅平面工艺。单片硅集成电路工艺就是在平面工艺的基础上发展起来的。在大规模和超大规模集成电路制造中，已逐步采用离子注入掺杂工艺，但扩散工艺仍是集成电路制造中的一种主要掺杂工艺。

集成电路的衬底通常是硅片。常温下杂质在硅内扩散很慢，尽管多数集成电路要求的杂质扩散只有零点几到1微米或2微米的深度，但对多数杂质（如硅中的Ⅲ族、Ⅴ族元素）来说，扩散温度仍然要在1000上下或者更高，掺杂过程才能在较短时间内完成。因此，制造集成电路的扩散工艺，就是在一个系统内把硅片和杂质源以一定的温度加热一定的时间，以达到所需的掺杂浓度和深度。

杂质扩散工艺最早使用的是封管法扩散（图中 a）。这是把杂质源和硅片一起封入一个抽成一定真空的石英管中加热，使杂质元素扩散到硅中去。箱法扩散（图中 b）是封管法扩散的改进，采用一个石英或硅制成的带盖子的箱子，扩散时把硅片和杂质源一起放入箱内，盖上盖子送入扩散炉管中，炉管内的惰性气体起保护作用。封管法扩散和箱法扩散所用的杂质源，都是易挥发的固态源，如元素镓和化合物B2O3、Sb2O3等。硅片并不与杂质源接触，只是暴露在杂质源形成的气氛中。如果杂质源是气体（如B2）或液体(如POCl3)(图中c)，则可用运载气体直接把气体或蒸气引入石英管内，由汽相杂质与硅表面反应而向硅片内扩散相应的杂质。这时往往使用通气的开放性石英管，常称开管扩散。另一类扩散方法是把杂质源淀积在硅片上，然后把这种硅片在高温下进行扩散。在硅片上淀积杂质源薄膜的方法很多，如金扩散时就是先把金蒸发或溅射到硅片上生成金膜。至于扩散磷、砷和硼等杂质，可用化学汽相淀积在硅片上，生成含有上述杂质的氧化硅膜或多晶硅膜；还可用含杂质元素或其化合物的二氧化硅乳胶在硅片上生成含杂质的二氧化硅薄膜等，这种方法称为固－固扩散，即杂质从固相薄膜向固相的硅中扩散。利用乳胶生成薄膜，有时直接称为乳胶源扩散。平面源或片状源扩散是一种新的扩散工艺，其实是接近于箱法的一种扩散法，只是把固态的扩散杂质源和一些其他成型物质一起制成陶瓷或微晶玻璃圆片，与硅片交替地插在石英扩散舟中进行扩散。用这方法可以获得较均匀的扩散层，而且换源也比较方便。

对杂质扩散工艺的要求是:准确控制浓度和深度;在整个半导体片内扩散均匀；片间和批次间有均一性。扩散浓度一方面决定于源的情况，当源足量时则决定于温度，因为杂质的固溶度决定杂质在半导体表面的浓度。扩散深度(若制成PN结表示为结深xj)，取决于扩散系数D和扩散时间t。因为，对于一定杂质在特定固体中激活能E和D0是一定的，所以D与T是指数上升关系。为了精确控制深度，精确控制温度(＜±0.5)十分重要，同时还须严格控制扩散时间。一个圆片内的扩散均匀性，在很大程度上取决于表面的严格处理；而片与片以及批与批间的均一性，除恒温度区稳定，气流形式合适和源稳定外，还要求保持扩散环境的洁净（包括炉管和洁净室等）。杂质扩散不仅是在扩散这一道工艺中进行，而是在掺入杂质后的任何一道加温处理的工序中都在继续进行。因此，关于扩散结深和分布参数，还要计入后道工序的效应（除扩散外还要考虑分凝等）。

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