半導體擴散設備是用于將雜質原子（如硼、磷、砷等）引入半導體襯底（如硅片）的工藝設備，主要通過高溫擴散或離子注入等方式實現摻雜。以下是常見的半導體擴散設備及其分類：

一、熱擴散設備（高溫爐管）

1. 臥式擴散爐（Horizontal Furnace）

原理：

硅片放置在石英舟中，通過惰性氣體（如氮氣、氬氣）載入摻雜氣體，在高溫（$800～1200$800～1200℃）下使雜質原子擴散進入硅片。

特點：

適用于大批量生產，一次可處理多片（如數百片）。

溫度均勻性高，但能耗較高。

應用：
傳統硼/磷擴散工藝，如制造晶體管的源漏極或形成歐姆接觸。2. 立式擴散爐（Vertical Furnace）

原理：
硅片垂直排列在爐管內，摻雜氣體從頂部注入，依靠重力和氣流均勻分布。

特點：

占地面積小，適合小批量或研發用途。

溫度控制更精準，但產能較低。

應用：
制程中的淺結擴散（如低能量硼擴散）。

二、離子注入設備

1. 高能離子注入機（High-Energy Implanter）

原理：
通過電場加速雜質離子至高能量（$10～100$10～100keV），直接轟擊硅片表面，形成淺結摻雜。

特點：

摻雜深度和濃度可控，精度高（納米級）。

可進行掩模對準（如光刻膠定義區域）或傾斜注入（如傾斜角調整）。

應用：
超淺結（USJ）制備，如MOSFET源漏極、柵極摻雜

2. 等離子體浸沒離子注入（PIII）設備

原理：
將硅片浸泡在等離子體中，通過脈沖高壓使雜質離子垂直注入硅片，無需掃描束流。

特點：

大面積均勻注入，效率高。

適合低能量、高劑量摻雜（如功率器件電極）。

應用：
功率半導體（如IGBT）的重摻雜層制備。

三、快速熱處理設備（RTP）

1. 激光退火設備（Laser Annealing Tool）

原理：
利用激光束（如準分子激光、連續波激光）瞬間加熱硅片表面，使摻雜原子激活并修復損傷。

特點：

超快速加熱（毫秒級），避免熱預算影響底層結構。

適用于超淺結退火。

應用：
制程中離子注入后的激活退火（如10nm以下節點）。

2. 閃光燈退火設備（Flash Lamp Annealing）

原理：
通過高亮度閃光燈（Xe燈）瞬間釋放強光脈沖，均勻照射硅片表面實現快速退火。

特點：

大面積均勻加熱，成本低。

適合多晶硅或非晶硅的固相結晶。

應用：
太陽能電池、OLED顯示面板中的薄膜晶體管（TFT）制備。

四、特殊摻雜設備

1、分子束外延（MBE）設備

原理：

在超高真空環境中，通過分子束精確控制雜質原子沉積到襯底表面，實現單原子層摻雜。

特點：

原子級精度，用于超薄層摻雜（如量子阱結構）。

需極低氣壓（$10^{?}$10?9Torr），成本高。

應用：
化合物半導體（如GaAs、InP）的異質結外延生長。

2. 化學氣相沉積（CVD）摻雜設備

原理：
通過反應氣體在高溫下分解，在硅片表面沉積摻雜層。

特點：

適合大面積均勻摻雜（如多晶硅柵極摻雜）。

需控制氣體流量和溫度梯度。

應用：
柵極氧化層摻雜或應變硅（Strained Silicon）技術。