半导体制造工艺

1、扩 散半导体制造工艺根底.本章重点掺杂的目的；掺杂的方法；恒定源分散；有限源分散；.掺杂：掺杂技术是在高温条件下，将杂质原子以一定的可控量掺入到半导体中，以改动半导体硅片的导电类型或外表杂质浓度。 构成PN结、电阻磷(P)、砷(As) N型硅硼(B) P型硅什么是掺杂.分散和离子注入是半导体掺杂的两种主要方式。高温分散：杂质原子经过气相源或掺杂过的氧化物分散到硅片的外表，这些杂质浓度将从外表到体内单调下降，而杂质分布主要是由高温与分散时间来决议。构成深结.分散工艺的优越性：1可以经过对温度、时间等工艺条件的准确调理，来控 制PN结面的深度和晶体管的基区宽度，并能获得均匀平坦 的结面。2可以经过

2、对分散工艺条件的调理与选择，来控制分散 层外表的杂质浓度及其杂质分布，以满足不同器件的要求。3与氧化、光刻等技术相组合构成的硅平面工艺有利于改 善晶体管和集成电路的性能。4反复性好，均匀性好，适宜与大批量消费。.离子注入：掺杂离子以离子束的方式注入半导体内，杂质浓度在半导体内有个峰值分布，杂质分布主要由离子质量和注入能量决议。构成浅结.掺杂区掺杂区的类型：一样或相反结深：硅片中p型杂质与n型杂质相遇的深度，用Xj表示，深度等于结深的地方，电子与空穴的浓度相等。.6.1 根本分散工艺掺入方式有：气相源；固相源；液相源，其中液态源最常用。运用液相源的磷分散的化学反响如下：P2O5在硅晶片上构成一层

3、玻璃并由硅复原出磷，氯气被带走。影响分散参量的要素：POCl3的温度、分散温度、时间、气体流量。.电炉电炉O2N2液态杂质源石英管排气口硅晶片典型的开管分散系统构造图.6.1.1 分散方程式半导体中的分散可以视为在晶格中经过空位或填隙原子方式进展的原子挪动。 (1)替代式分散替位原子的运动必需以其近邻处有空位存在为前提。挪动速度较慢的杂质，如半导体掺杂常用的砷、磷，通常利用替代运动填充晶格中的空位。. (2)填隙式分散 分散流密度F-单位时间内经过单位面积的杂质原子数；C-单位体积的杂质浓度；D-分散系数或分散率；分散驱动力是浓度梯度，杂质原子从高浓度区流向低浓度区。具有高分散率的杂质，如金、

4、铜、容易利用间隙运动在硅的晶格空隙中挪动。.在一定的温度范围内，D可表示为D0-温度无穷大时的分散系数；Ea-激活能;对填隙模型，Ea是掺杂原子从一个间隙挪动到至另一个间隙所需的能量；对替代模型，Ea是杂质原子挪动所需能量和构成空位所需的能量总和。替代的Ea较分散大.6.1.2 分散分布掺杂原子的分散分布与起始条件和边境条件有关。两种方式：恒定外表浓度分散：杂质原子由气相源传送到半导体外表，然后分散进入半导体硅晶片，在分散期间，气相源维持恒定的外表浓度；有限源分散：指一定量的杂质淀积在半导体外表，接着分散进入硅晶片内。这层杂质作为分散源，不再有新源补充。.恒定外表浓度分散 不能全写公式 t为时

5、间t=0 掺杂浓度为0t0时初始条件是边境条件是 X=0浓度恒定，与时间无关起始条件：Cs是x0处的外表浓度，与时间无关。边境条件：X，间隔外表很远处无杂质原子。符合起始与边境条件的分散方程式的解是：erfc-余误差函数 -分散长度.图为余误差函数分布分散的时间越长杂质分散的越深.有限源分散t0时的初始条件Cx，00，边境条件是：阐明外表浓度恒定，不再有新元补充S为单位面积掺杂总量。符合上述分散方程的解为：此为高斯分布在x0处外表浓度为：.分散原理在集成电路工艺中，通常热分散采用三个步骤：预淀积、推进和激活 顺序不能乱1、预淀积：在恒定外表浓度分散条件下构成预淀积层，温度低、时间短，分散的浅，

6、可以以为杂质淀积在一薄层掩蔽氧化层内；以防止杂质原子从硅中分散出去。预淀积阶段外表杂质浓度最高，并随着深度的加大而减小。目的是为了控制杂质总量；预淀积如今普遍被离子注入替代。.推进：高温过程，使淀积的杂质穿过晶体，在硅片中构成期望的结深。此阶段并不向硅片中添加杂质，但是高温下构成的氧化层会影响推进过程中杂质的分散，这种由硅表面氧化引起的杂质浓度改动成为再分布。 激活：使温度略微升高，此过程激活了杂质 原子。目的是为了控制外表浓度和分散深度。.杂质挪动杂质只需在成为硅晶格构造的一部分即被激活后，才可以作为施主和受主。假设杂质占据间隙位置，它就没有被激活，不会起到杂质的作用。加热能使杂质挪动到正常

7、的晶格上，被称为晶格激活。激活发生在高温下，是分散的一部分。对于离子注入来说，晶格激活在退火阶段完成。.横向分散光刻胶无法接受高温，分散的掩膜是二氧化硅或氮化硅。热分散中的横向分散通常是纵向结深的75%-85%。.6.1.3 分散层丈量分散工艺的构造可由三种丈量方式来评价：分散层的结深、薄层电阻与杂质分布。以下图是在半导体内磨以凹槽并用溶液腐蚀去除外表，溶液会使P区颜色暗，因此描画出结深。用磨槽和染色法丈量结深.假设R0是磨槽所用工具的半径，那么可得结深：假设R0远大于a和b，那么结深xj是杂质浓度等于衬底浓度CB时所在的位置。假设结深和CB知，那么只需分散分布服从“两种分布所推导的公式，外表

8、浓度Cs和杂质分布就能计算出来。.方块电阻薄膜电阻在分散薄层上取一恣意边长的正方形，该正方形沿电流方向所呈现的电阻，叫方块电阻。方块电阻的检测利用图中所示电路，将电流表所示电流控制在3毫安以内，读出电压表所示电压，利用下式计算：式中常数C是由被测样品的长度L、宽度a、厚度d，以及探针间距S来确定，常数C可由表查出。.分散工艺.分散常见的质量问题(1)合金点和破坏点：在分散后有时可察看到分散窗口的硅片外表上有一层白雾状的东西或有些小的突起。用显微镜察看时前者是一些黑色的小圆点，小圆点称为合金点;后者是一些黄亮点、透明的突起，透明突起称为破坏点。杂质在这些缺陷处 的分散速度特别快，呵斥结平面不平坦，PN结击穿。(2)外表玻璃层。硼和磷分散之后，往往在硅片外表构成一层硼硅玻璃或磷硅玻 璃，此玻璃层与光刻胶的粘附性极差，光刻腐蚀时容易脱胶或产生钻蚀，而 且该玻璃层不易腐蚀。(3)白雾。这种景象在固一固分散及液态源磷分散经常发生。主要缘由是淀积二 氧化硅层含