袁強

（中國振華集團永光電子有限公司貴州貴陽550000）

解析半導體生產(chǎn)中擴散工藝技術應用

袁強

（中國振華集團永光電子有限公司貴州貴陽550000）

在半導體生產(chǎn)中，擴散工藝技術是經(jīng)常用到的一種制作方法。本文就將從半導體技術的特點、擴散工藝的特點入手，介紹半導體生產(chǎn)中擴散工藝技術的主要應用。

半導體生產(chǎn)；擴散工藝技術；半導體技術

1 半導體技術的簡介

所謂的半導體技術指的是由常見的半導體材料構(gòu)成相關組件和集成電路的技術。普通的半導體是由某一單一元素制作而成，最常見的半導體就是硅材料制成的半導體。此外，半導體也通過兩種不同的元素構(gòu)成，比如砷化鎵（GaAs）。

2 擴散工藝技術的簡介

2.1 擴散的含義

擴散就是指在分子運動或者渦旋運動的過程中，物質(zhì)從一種恒定的狀態(tài)逐步向周圍擴散。由于密度的不同，微粒就會從濃度高的地方轉(zhuǎn)移到濃度底的地方，直至其達到基本均勻混合的物理現(xiàn)象。

2.2 作用機理和應用范圍

一般把擴散當成物質(zhì)內(nèi)部的各個質(zhì)點運動的基本方式。當環(huán)境溫度達到了絕對零度以上時，物質(zhì)內(nèi)部的各個質(zhì)點就要不斷地進行熱運動。此時，它的某些物理性質(zhì)，比如濃度、密度、化學位、內(nèi)部的應力等就會出現(xiàn)一定的梯度。在熱運動的作用下，物質(zhì)內(nèi)部的質(zhì)點有可能會發(fā)生定點遷移。這個過程就是常說的半導體之中的擴散現(xiàn)象。

對于普通的半導體，P型的半導體一般摻雜了受主雜質(zhì)，N型的半導體一般摻雜了施主雜質(zhì)。位于二者交界部位的中間區(qū)域就是常說的PN結(jié)。PN結(jié)又能夠分為兩類，即同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)。前者通常指相同的半導體材料制作的PN結(jié)，后者指的是含有不同禁帶寬度的半導體材料制作的PN結(jié)。對于PN結(jié)的制造，擴散工藝是較為常用的加工方法。

3 在半導體生產(chǎn)中擴散工藝技術的應用

3.1 擴散工藝技術基本的工藝流程

在半導體加工過程中，晶圓的擴散工作是一個重要的步驟。它的具體流程包含以下幾點：①把氮氣或氧氣注入到擴散爐中，直至注明滿，以確保爐體內(nèi)保持正壓的狀態(tài)；②依據(jù)設定的溫度工藝曲線，借助適當?shù)碾娂訜岬姆椒▽t體內(nèi)的溫度調(diào)整到某一特定值，并保持不變；③采用合適的推拉裝置把待處理的晶圓依次送到爐體內(nèi)；④再一次利用氮氣或氧氣把爐體充滿，保證爐體內(nèi)部始終是正壓狀態(tài)；⑤按照設定的溫度工藝曲線，借助適當?shù)碾娂訜岬姆椒▽t體內(nèi)的溫度調(diào)整到某一特定值，并保持不變；⑥使爐體內(nèi)的溫度保持不變，將需要摻雜的氣體注入爐體內(nèi)部；⑦使爐體內(nèi)的溫度保持不變，進行擴散，一段時間之后，按照設定的溫度工藝曲線，對爐體內(nèi)部適當降溫。整個摻雜階段中，爐內(nèi)的溫度應當始終處于恒定狀態(tài)，以保證晶圓能夠充分而且均勻地擴散開來。

3.2 擴散工藝技術對于PN結(jié)形成的作用

在PN結(jié)的形成的過程中，我們依然要利用到擴散工藝技術。利用擴散工藝技術，技術人員不但可以制造P型或者N型的半導體，而且可以制造PN結(jié)。

一般而言，利用擴散工藝技術，就能夠把硼等三價元素，添加到加純凈的硅晶體之中，用于制成P型的半導體；同樣，也可以將磷等五價元素添加到純凈的硅晶體之中，用于制成N型的半導體。對于N型半導體，它的空穴的濃度一定比自由電子的濃度要小；對于P型半導體而言，情況則是完全相反的。

對于一塊完整的半導體，采用擴散工藝就可以把半導體的兩側(cè)做成P型半導體和N型半導體，在兩個結(jié)合的部位就會形成PN結(jié)。把二者接觸面偏向P型的一側(cè)稱為P區(qū)，另一側(cè)稱作N區(qū)。當P型半導體和N型半導體剛剛開始接觸的時候，P區(qū)和N區(qū)的電荷密度都基本上是零。當二者充分地接觸后，P型半導體區(qū)域內(nèi)的價帶中的空穴向N區(qū)移動，N型半導體區(qū)域內(nèi)的導帶中的電子向P區(qū)移動。在移動的過程中，就會形成了空間電荷。一般而言，P區(qū)附近的空間電荷呈現(xiàn)的是負電性，N區(qū)附近的空間電荷呈現(xiàn)的是正電性。

由相關的電學知識可以知道，位于P區(qū)和N區(qū)的邊緣區(qū)域的離子是無法自由地移動的，因此在整個半導體中間部位，就會逐漸形成一個新的空間電荷區(qū)。在這個電荷區(qū)內(nèi)，通常會有多個空穴以及電子，這就是具有自由載流子的耗盡層?？昭ê碗娮拥某霈F(xiàn)使得在耗盡層中出現(xiàn)了一個電場，并且電場的方向是從N區(qū)指向P區(qū)。受到電場的阻礙作用，空穴和電子的擴散逐漸變得緩慢，直至最終達到一種平衡的狀態(tài)。通常意義上的PN結(jié)指的就是這個空間電荷區(qū)。

3.3 在半導體生產(chǎn)中擴散工藝技術的發(fā)展

目前，擴散工藝技術正日益成熟，但也存在一些不足的地方，比如低溫的時候擴散時間就會變長、半導體的生產(chǎn)周期隨之變長、反應需要的環(huán)境溫度就會變高等。這些缺陷使得半導體生產(chǎn)過程中，成品率較低。即便是合格的產(chǎn)品，它的質(zhì)量和產(chǎn)量也不盡如人意。目前，相關產(chǎn)業(yè)的技術人員正著力改善擴散工藝在半導體制造中的應用，主要的發(fā)展方向有微波技術、離子注入技術。①微波技術。微波高溫加熱技術指的是一種比較新的應用熱能的技術，對于許多物理、化學反應能起到加速的作用，能降低反應所需要的時間。目前，微波技術主要應用于陶瓷半導體的生產(chǎn)領域。②離子注入技術。在應用離子注入技術的時候，反應的環(huán)境溫度較低，精確容易控制控制，而且反應不易受到雜質(zhì)的固、溶態(tài)的制約。因此，它能夠和傳統(tǒng)的擴散工藝的溫度高、溫度難控制的不足加以互補。除此之外，當離子注入后，雜質(zhì)的濃度在半導體內(nèi)部會形成高斯分布。因此，粒子濃度最高的位置一般位于表面以內(nèi)具有一定深度的地方，這就能縮短擴散所需時間長，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

此外，還出現(xiàn)了更加先進的紙源擴散和鉑擴散。紙源擴散由于工藝簡單，周期短，成品率高，節(jié)約工藝費用的優(yōu)點，在大功率硅整流元件的生產(chǎn)中獲得了廣泛地應用。鉑擴散由于其特殊性能廣泛應用于快回復二極管的制造中。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了擴散工藝技術在半導體制造過程中的應用。半導體特殊的導電性能，使它在電視機、計算機、收音機等諸多領域起到了巨大的作用。在以后的生產(chǎn)生活中，半導體還將發(fā)揮很總要的作用。盡管在半導體的生產(chǎn)過程中擴散工藝技術依然存在著一些不足，但是隨著我國制造工藝的飛速發(fā)展，擴散工藝的一些缺陷必將被逐步克服。

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[2]周金廷.淺談擴散工藝在半導體生產(chǎn)中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2012（26）：35.

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2016-9-19