半导体器件原理与工艺2

半导体器件原理与工艺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半导体器件原理与工艺掺杂掺杂扩散离子注入扩散的基本原理扩散方法扩散层的主要参数及检测离子注入的基本原理离子注入设备离子注入后的损伤与退火主要用于结较深（≥0.3m)线条较粗（≥3m）主要适用于浅结细线条图形半导体器件原理与工艺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.形成电桥作互连线半导体器件原理与工艺扩散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。半导体器件原理与工艺杂质扩散预扩散剂量控制推进结深控制半导体器件原理与工艺杂质扩散源半导体器件原理与工艺掺杂机制O,Au,Fe,Cu,Ni,Sn,MgP,B,As,Al,Ga,Sb,Ge半导体器件原理与工艺填隙扩散机制硅原子挤走杂质，杂质再填隙半导体器件原理与工艺两种扩散机制并存P,B同时靠这两种机制扩散挤出机制Frank-Turnbull机制半导体器件原理与工艺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半导体器件原理与工艺一维扩散模型半导体器件原理与工艺扩散模型采用连续性方程J1J2dxxCDxxJttxCxJAdxJJAtCAdx),()(12或半导体器件原理与工艺扩散模型如果D与x无关,Fick第二定律半导体器件原理与工艺D的温度依赖性D=Doexp(-EA/kT),式中EA是激活能半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺预沉积分布半导体器件原理与工艺余误差函数半导体器件原理与工艺预沉积预沉积剂量浓度梯度半导体器件原理与工艺预沉积与推进后浓度与深度关系半导体器件原理与工艺结深计算当杂质浓度等于衬底浓度时,对应的深度为xjDtCQDtxCCerfcDtxjBj0014:2:推进扩散预沉积扩散半导体器件原理与工艺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半导体器件原理与工艺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CVSIMSRBSAESWLtWtLRdxdxxCCqRes)()(1LWt半导体器件原理与工艺扩散系统固态源液态源半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺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BiCMOSMEMS加工半导体器件原理与工艺定义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半导体器件原理与工艺离子注入的优点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)半导体器件原理与工艺离子注入半导体器件原理与工艺离子注入机种类：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以上半导体器件原理与工艺离子注入系统系统包含离子源(BF3,AsH3,PH3)加速管终端台半导体器件原理与工艺质量分析器由经典力学BqrMvv2MqVMEvext22extVqMBqBMr21v选择所需要的杂质离子，筛选掉其他的杂质离子半导体器件原理与工艺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+100kv100M100M100M100M100M半导体器件原理与工艺注入剂量靶室：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qAItqQ半导体器件原理与工艺-+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半导体器件原理与工艺剂量的控制FaradaycupDI=It/A半导体器件原理与工艺库仑散射与离子能量损失机理半导体器件原理与工艺垂直射程高斯深度分布半导体器件原理与工艺垂直投影射程titippEEenRpMMMMRRSSdEdxdEdEdxRp32/00000投影射程：半导体器件原理与工艺MonteCarloSimulationof50keVBoronimplantedintoSi半导体器件原理与工艺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。半导体器件原理与工艺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损伤阈值半导体器件原理与工艺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，如位错环半导体器件原理与工艺ImplantationDamage等时退火激活载流子减小二次缺陷SPE半导体器件原理与工艺RapidThermalProcessing减小了杂质再分布工艺简单硅化物的形成热塑应力半导体器件原理与工艺离子注入的应用举例SIMOX(SeparationbyIMplantationofOXygen)4000Åofburiedoxiderequiresahighoxygendoseof2E18/cm2半导体器件原理与工艺离子注入的应用举例IonCut-HydrogenImplantation