半导体器件原理与工艺.ppt

半导体器件原理与工艺 概述半导体衬底热氧化扩散离子注入光刻刻蚀 薄膜淀积CMOS 掺杂 掺杂 掺杂在半导体生产中的作用 1 形成PN结2 形成电阻3 形成欧姆接触4 形成双极形的基区 发射区 集电区 MOS管的源 漏区和对多晶硅掺杂5 形成电桥作互连线 扩散 扩散的定义 在高温下 杂质在浓度梯度的驱使下渗透进半导体材料 并形成一定的杂质分布 从而改变导电类型或杂质浓度 杂质扩散 预扩散剂量控制推进结深控制 杂质扩散源 掺杂机制 O Au Fe Cu Ni Sn MgP B As Al Ga Sb Ge 填隙扩散机制 硅原子挤走杂质 杂质再填隙 两种扩散机制并存 P B同时靠这两种机制扩散 挤出机制 Frank Turnbull机制 替位式杂质又称慢扩散杂质 间隙式杂质又称快扩散杂质 工艺中作为掺杂一般选择慢扩散杂质 工艺容易控制 慢扩散杂质的扩散系数 快扩散杂质的扩散系数 扩散杂质 一维扩散模型 扩散模型 采用连续性方程 J1J2 dx 扩散模型 如果D与x无关 Fick第二定律 D的温度依赖性 D Doexp EA kT 式中EA是激活能 预沉积分布 余误差函数 预沉积 预沉积剂量浓度梯度 预沉积与推进后浓度与深度关系 结深计算 当杂质浓度等于衬底浓度时 对应的深度为xj 也叫发射区推进效应 现象 发射区下的基区推进深度较发射区外的基区推进深度大产生原因 在扩散层中又掺入第二种高浓度的杂质 由于两种杂质原子与硅原子的晶格不匹配 造成晶格畸变从而使结面部份陷落改进措施 采用原子半径与硅原子半径相接近的杂质 基区陷落效应 扩散分布的测试分析 浓度的测量四探针测量方块电阻范德堡法结深的测量磨球法染色扩展电阻CVSIMSRBSAES L W t 扩散系统 固态源液态源 半导体加工工艺原理 概述半导体衬底热氧化扩散离子注入光刻刻蚀 化学气相淀积物理淀积外延工艺集成CMOS双极工艺BiCMOSMEMS加工 定义 先使待掺杂的原子或分子电离 再加速到一定的能量 使之注入到晶体中 然后经过退火使杂质激活 离子注入的优点 精确控制剂量和深度从1010到1017个 cm2 误差 2 之间低温 小于125 掩膜材料多样photoresist oxide poly Si metal表面要求低横向均匀性好 1 for8 wafer 离子注入 离子注入机种类 离子注入机的组成 离子注入机结构图 外形 卧式 立式 能量 低能量60Kev 中能量60kev 200kev 高能量200kev以上 离子注入系统 系统包含离子源 BF3 AsH3 PH3 加速管终端台 质量分析器 由经典力学 选择所需要的杂质离子 筛选掉其他的杂质离子 加速器 利用强电场使离子加速获得足够的能量能够穿跃整个系统并注入靶中 加速管 注入深度取决于加速管的电场能量 离子束 100kv 注入剂量 靶室 接受注入离子并计算出注入剂量 注入剂量I 束流强度A 硅片面积t 注入时间 带硅片的扫描盘 在盘上的取样狭缝 离子束 抑制栅孔径 法拉弟杯 电流积分仪 法拉弟杯电流测量 剂量的控制 FaradaycupDI I t A 库仑散射与离子能量损失机理 垂直射程 高斯深度分布 垂直投影射程 投影射程 MonteCarloSimulationof50keVBoronimplantedintoSi 离子注入损伤与退火 退火的作用 1 消除晶格损伤 2 激活杂质 退火的方法 1 高温热退火 用高温炉把硅片加热至800 1000 并保持30分钟特点 方法简单 设备兼容 但高温长时间易导致杂质的再扩散 ImplantationDamage 入射离子与晶格碰撞产生原子移位 形成损伤 热处理可以消除损伤和激活杂质损伤阈值 ImplantationDamage 晶体中的缺陷一次缺陷primarydefects二次缺陷Secondarydefects点缺陷重新组合并扩展形成的 如位错环 ImplantationDamage 等时退火激活载流子减小二次缺陷SPE RapidThermalProcessing 减小了杂质再分布工艺简单硅化物的形成热塑应力 离子注入的应用举例 SIMOX SeparationbyIMplantationofOXyg