chap3扩散工艺ppt课件

1、Chap 3 Chap 3 分散工艺分散工艺DifussionDifussion3.1杂质分散机构杂质分散机构3.2分散原理分散系数分散方程分散原理分散系数分散方程3.3分散杂质的分布分散杂质的分布3.4影响杂质分布的其他要素影响杂质分布的其他要素3.5分散工艺分散工艺3.6分散工艺的开展自学分散工艺的开展自学3.7工艺控制和质量监测补充工艺控制和质量监测补充 掺杂技术就是将所需求的杂质，以一定的方式合金、分散或离子注入等参与到硅片内部，并使其在硅片中的数量和浓度分布符合预定的要求。 利用掺杂技术，可以制造P-N结、欧姆接触区、IC中的电阻、硅栅和硅互连线等等。掺杂掺杂doping：将一定数量

2、和一定种类的杂质掺入硅：将一定数量和一定种类的杂质掺入硅中，并获得准确的杂质分布外形中，并获得准确的杂质分布外形doping profile。MOSFET：阱、栅、源：阱、栅、源/漏、沟道等漏、沟道等BJT：基极、发射极、集电极等：基极、发射极、集电极等掺杂运用：掺杂运用：B E Cppn+n-p+p+n+n+BJTp wellNMOS根本概念根本概念结深结深 xj Junction Depth薄层电阻薄层电阻 Rs Sheet Resistance 杂质固溶度杂质固溶度Solubility)1、结深的定义、结深的定义 xj : 当当 x = xj 处处Cx分散杂质浓度分散杂质浓度= CB本体

3、浓度本体浓度 器件等比例减少器件等比例减少k倍，等电场要求倍，等电场要求xj 同时减少同时减少k倍倍同时同时 要求要求xj 增大增大在现代在现代COMS技术中，采用浅结和高掺杂来同时满足两方面的要求技术中，采用浅结和高掺杂来同时满足两方面的要求2、薄层电阻、薄层电阻 RSsheet resistance方块电阻方块电阻wtlRtljSxRRw薄层电阻定义为薄层电阻定义为jSxRwlRwlxwxlAlRSjj方块时，方块时，lw，RRS。所以，只需知道了某个掺杂区。所以，只需知道了某个掺杂区域的方块电阻，就知道了整个掺杂区域的电阻值。域的方块电阻，就知道了整个掺杂区域的电阻值。RS：外表为正方形

4、的半导体薄层，在电流方向呈：外表为正方形的半导体薄层，在电流方向呈现的电阻。单位为现的电阻。单位为 /既既RS：正方形边长无关：正方形边长无关其重要性：其重要性： 薄层电阻的大小直接反映了分散薄层电阻的大小直接反映了分散 入硅内部的净杂质总量入硅内部的净杂质总量物理意义：物理意义： 薄层电阻的大小直接反映了分散入硅薄层电阻的大小直接反映了分散入硅内部的净杂质总量内部的净杂质总量 q 电荷，电荷， 载流子迁移率，载流子迁移率，n 载流子浓度载流子浓度 假定杂质全部电离假定杂质全部电离 载流子浓度载流子浓度 n = 杂质浓度杂质浓度 N 那么：那么： Q：从外表到结边境这一方块薄层中单位面积上杂：

5、从外表到结边境这一方块薄层中单位面积上杂质总量质总量 qn11qnQqNxqxxRjjjS111 合金法是早期产生半导体器件常用的构成p-N结的方法。自从硅平面技术问世以后，合金法曾经被分散法取代了。分散技术是一种制造P-N结的好方法。随着集成电路的飞速开展，分散工艺已日臻完善，其设备和操作也大多采用电子计算机进展控制了。 分散是微观粒子的一种极为普遍的热运动方式，运动结果使浓度分布趋于均匀。 集成电路制造中的固态分散工艺，是将一定数量的某种杂质掺入到硅晶体或其他半导体晶体中去，以改动电学性质，并使掺入的杂质数量、分布方式和深度等都满足要求。 分散是向半导体中掺杂的重要方法之一，也是集成电路制

6、造中的重要工艺。 目前分散工艺已广泛用来构成晶体管的基极、发射极、集电极，双极器件中的电阻，在MOS制造中构成源和漏、互连引线，对多晶硅的掺杂等。 离子注入是目前VLSI优越的掺杂工艺。就目前我国消费集成电路来看，离子注入不能说完全替代了分散工艺，但至少许多原来由分散工艺所完成的加工工序，都曾经被离子注入取代了，这是时代开展的必然结果。 3.1 杂质分散机构杂质分散机构 杂质在硅晶体中的分散机构主要有两种：1间隙式分散，2替位式分散 一、间隙式分散 1、间隙式杂质：存在于晶格间隙的杂质。 主要那些半径较小、并且不容易和硅原子键合的原子，它们在晶体中的分散运动主要是以间隙方式进展的。如以下图所示

7、。图中黑点代表间隙杂质，圆圈代表晶格位置上的硅原子。 2、间隙式分散：间隙式杂质从一个间隙位置到另一个间隙位置上的运动。 间隙杂质运动间隙杂质运动3、间隙杂质要从一个间隙位置运动到相邻的间隙、间隙杂质要从一个间隙位置运动到相邻的间隙位置上，必需求越过一个势垒，势垒高度位置上，必需求越过一个势垒，势垒高度Wi普普通为通为0.61.2ev。4、间隙杂质只能依托热涨落才干获得大于、间隙杂质只能依托热涨落才干获得大于Wi的的能量，越过势垒跳到近邻的间隙位置上。能量，越过势垒跳到近邻的间隙位置上。5、腾跃率：、腾跃率：Pi=v0e-wi/kT 温度升高时温度升高时Pi指数地添加。指数地添加。 振动频率振

8、动频率 010131014/s6、Na、K、Fe、Cu、Au 等元素等元素7、分散系数要比替位式分散大、分散系数要比替位式分散大67个数量级个数量级 二、替位式分散二、替位式分散 1、替位杂质：占据晶格位置的外来原子。、替位杂质：占据晶格位置的外来原子。 2、替位式分散：替位杂质从一个晶格位、替位式分散：替位杂质从一个晶格位置到另一个晶格位置上。只需当替位杂质的近置到另一个晶格位置上。只需当替位杂质的近邻晶格上出现空位，替位杂质才干比较容易地邻晶格上出现空位，替位杂质才干比较容易地运动到近邻空位上。运动如以下图所示。运动到近邻空位上。运动如以下图所示。 3、替位杂质运动比间隙杂质更困难，首、替

9、位杂质运动比间隙杂质更困难，首先要在近邻出现空位，同时还要依托热涨落获先要在近邻出现空位，同时还要依托热涨落获得大于势垒高度得大于势垒高度Ws的能量才干实现替位运动。的能量才干实现替位运动。 4、腾跃率、腾跃率Pv=v0e-(Ws+Wv)/kT Wv表示构成一个空位所需能量。表示构成一个空位所需能量。替位杂质运动替位杂质运动 、族元素；族元素； 普通要在很高的温度普通要在很高的温度(9501280)下下进展；进展； 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的分散系磷、硼、砷等在二氧化硅层中的分散系数均远小于在硅中的分散系数，可以利用数均远小于在硅中的分散系数，可以利用氧化层作为杂质分散的掩蔽层。氧化层作为杂

10、质分散的掩蔽层。3.2 分散原理即分散系数和分散方程分散是微观粒子作无规那么热运动的统计结果，这分散是微观粒子作无规那么热运动的统计结果，这种运动总是由粒子浓度较高的地方向浓度低的地方种运动总是由粒子浓度较高的地方向浓度低的地方进展，而使得粒子的分布逐渐趋于均匀。分散的原进展，而使得粒子的分布逐渐趋于均匀。分散的原始驱动力是体系能量最小化。始驱动力是体系能量最小化。分散的宏观机制分散的宏观机制diffusion from a macroscopic viewpoint分散动力学分散动力学 一一. 分散流方程分散流方程费克第一定律费克第一定律xtxCDtxF,C 为杂质浓度为杂质浓度number/cm3)，D 为分散系数为分散系数cm2/s。式中负号表示分散是由高浓度处向低浓度处进展的浓度式中负号表示分散是由高浓度处向低浓度处进展的浓度有着负斜率，分散朝着有着负斜率，分散朝着x的正向进展的正向进展浓度浓度深度深度xCDFt1t2费克第二定律费克第二定律浓度、时间、空间的关系浓度、时间、空间的关系t 时间内该小体积内的杂质数目变化为时间内该小体积内的杂质数目变化为这个过程中由于分散进出该小体积的杂质原子数为这个过程中由于分散进出该小体积的杂质原子数为单位体积内杂质原子数单位体积内杂质原子数的变化量等于流入和流的变