半导体器件半导体工艺掺杂.pptx

掺杂工艺扩散、离子注入集成电路生产过程中要对半集成电路生产过程中要对半导体基片的一定区域掺入一导体基片的一定区域掺入一定浓度的杂质元素，定浓度的杂质元素，形成不形成不同类型的半导体层，同类型的半导体层，来制作来制作各种器件，各种器件，这就是掺杂工艺。这就是掺杂工艺。目的目的1、理解掺杂工艺的概念。、理解掺杂工艺的概念。2、理解扩散的概念及发生扩散的条件。、理解扩散的概念及发生扩散的条件。3、掌握结的定义。、掌握结的定义。4、画出掺杂原子（浓度）分布曲线。、画出掺杂原子（浓度）分布曲线。5、列举离子注入机的主要部件及功能。、列举离子注入机的主要部件及功能。扩散物质的微粒总是时刻不停地处于运动之中，物质的微粒总是时刻不停地处于运动之中，这这可称之为热运动。可称之为热运动。在热运动的作用下，在热运动的作用下，物质的物质的微粒都有一种从浓度高的地方向浓度低的地方微粒都有一种从浓度高的地方向浓度低的地方运动的趋势，运动的趋势，这就是扩散。这就是扩散。浓度差浓度差 驱动能量驱动能量扩散形成的掺杂区和结固态扩散的目的：1、在晶圆表面产生具有掺杂原子的数量。2、在晶圆表面下特定位置处形成NP或PN结。3、在晶圆表面形成特定的掺杂原子分布。扩散工艺步骤1、淀积 deposition predeposition扩散方式晶晶体体内内扩扩散散是是通通过过一一系系列列随随机机跳跳跃跃来来实实现现的的，这这些些跳跳跃跃在在整整个个三三维维方方向向进进行行，有有多多种种方方式式，最主要有：最主要有：A 填隙式扩散填隙式扩散B 替位式扩散替位式扩散C 填隙填隙-替位式扩散替位式扩散A 填隙式扩散填隙式扩散B 替位式扩散替位式扩散淀积工艺受控制或约束的因素1、特定杂质的扩散率。温度影响、特定杂质的扩散率。温度影响菲克第一定律菲克第一定律菲克第二定律菲克第二定律扩散方程：扩散方程：淀积工艺受控制或约束的因素2、杂质的最大固溶度、杂质的最大固溶度误差函数误差函数扩散源1、液态源、液态源 氯化物氯化物 溴化物（溴化物（BBr3，POCl3）加热加热反应气体反应气体4BBr3+3O22B2O3+6Br2沾污沾污扩散源2、气态源、气态源 氢化物氢化物 AsH3 B2H6优势：优势：精确控制精确控制洁净度好洁净度好缺点：缺点：管路中容易形成管路中容易形成二氧化硅粉尘二氧化硅粉尘扩散源3、固态源、固态源 最原始最原始 氧化物氧化物 匙匙远程固态源远程固态源近邻源近邻源旋转涂覆源旋转涂覆源2、推进氧化drive-in-oxidation原子数量恒定不变原子数量恒定不变杂质分布改变杂质分布改变氧化的影响施主施主受主受主离子注入（1）热扩散的限制）热扩散的限制 横向扩散和位错横向扩散和位错 实现浅结困难实现浅结困难 掺杂浓度控制精度掺杂浓度控制精度 表面污染表面污染（2）离子注入优点）离子注入优点无侧向扩散无侧向扩散精确控制掺杂的精确控制掺杂的数量及位置数量及位置离子注入浓度最离子注入浓度最大值不在表面大值不在表面掩膜（光刻胶、掩膜（光刻胶、金属膜和二氧化金属膜和二氧化硅）硅）低温工艺低温工艺离子注入概念离子注入是将含所需杂质的化合物分子离子注入是将含所需杂质的化合物分子（BCl3、BF3）电离为杂质离子后，聚集成）电离为杂质离子后，聚集成束用强电场加速，使其成为高能离子束，直束用强电场加速，使其成为高能离子束，直接轰击半导体材料，当离子进入其中时，受接轰击半导体材料，当离子进入其中时，受半导体材料原子阻挡，而停留在其中，成为半导体材料原子阻挡，而停留在其中，成为半导体内的杂质。半导体内的杂质。电离电离加速加速轰击轰击阻挡阻挡聚集聚集杂质杂质离子注入系统离子注入源：离子注入源：气态（气瓶）气态（气瓶）或固态源或固态源常用气体：常用气体：AsH3、PH3、BF3离化反应室：将掺杂物原子离化，低压离化反应室：将掺杂物原子离化，低压（103托）电子与杂质源碰撞。托）电子与杂质源碰撞。BF3：B+BF+BF+2 BF3 F+F+2 等1标准大气压标准大气压=101 325 帕斯卡帕斯卡1 托（托（Torr）=133.322帕（帕（Pa）离子注入系统质谱分析质谱分析/离子选择离子选择 质谱分析仪质谱分析仪离开离化子系统的离子具有离开离化子系统的离子具有1540keV的的能量能量B+BF+BF2+离子注入系统加速管：将离子加速到足够高的速度，加速管：将离子加速到足够高的速度，获取足够高的动量以穿透晶圆表面。为获取足够高的动量以穿透晶圆表面。为了将污染降到最低，此部分处于高真空了将污染降到最低，此部分处于高真空条件。加速管为直线形设计，离子进入条件。加速管为直线形设计，离子进入加速管立刻沿着加速管的方向在所施加加速管立刻沿着加速管的方向在所施加的电压作用下加速。电压范围的不同分的电压作用下加速。电压范围的不同分为低能（为低能（510keV）和高能离子注入）和高能离子注入机（机（0.22.5MeV）。由每分钟离子注）。由每分钟离子注入量不同分为中等束流和高束流离子注入量不同分为中等束流和高束流离子注入机。被注入的离子量称为剂量。入机。被注入的离子量称为剂量。束流聚焦：束流聚焦：离开加速管后，束流由于相同电荷的排斥作用离开加速管后，束流由于相同电荷的排斥作用而发散。发散导致离子密度不均匀和晶体掺杂不而发散。发散导致离子密度不均匀和晶体掺杂不均一。成功的离子注入，束流必须聚焦。静电或均一。成功的离子注入，束流必须聚焦。静电或磁透镜用于将离子束聚焦为小尺寸束流或平行束磁透镜用于将离子束聚焦为小尺寸束流或平行束流。流。n束流中和：束流中和：尽管真空去除了系统中大部分空气，但是束流附尽管真空去除了系统中大部分空气，但是束流附近还是有些残存的气体分子。离子和这些气体原近还是有些残存的气体分子。离子和这些气体原子发生碰撞导致杂质原子中和。子发生碰撞导致杂质原子中和。P+N2 P0+N2+离子注入系统 束流中和束流中和至晶圆至晶圆离子束离子束 离子注入系统束流扫描终端靶室离化反应室离化反应室使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！离子束与晶圆作用：离子束与晶圆作用：1、晶圆电荷积累。利用电子枪提供电子、晶圆电荷积累。利用电子枪提供电子2、晶体损伤。高温处理、晶体损伤。高温处理离子注入系统离子注入区杂质浓度：离子注入区杂质浓度：投影射程投影射程1、薄层二氧化硅、薄层二氧化硅 2、3o-7o 3、表面不定型层、表面不定型层