半導(dǎo)體制造工藝_08擴(kuò)散(下)(已修改)
2025-03-11 14:53 本頁(yè)面
【正文】 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) 上節(jié)課主要內(nèi)容 摻雜工藝一般分為哪兩步？結(jié)深？薄層電阻？固溶度？ 兩種特殊條件下的費(fèi)克第二定律的解及其特點(diǎn)？特征擴(kuò)散長(zhǎng)度？ 預(yù)淀積＋退火。預(yù)淀積：氣固相預(yù)淀積擴(kuò)散或離子注入。 Rs：表面為正方形的半導(dǎo)體薄層（結(jié)深），在平行電流方向所呈現(xiàn)的電阻，單位為 ?/?，反映 擴(kuò)散入硅內(nèi)部的凈雜質(zhì) 總量。 固溶度：在平衡條件下，雜質(zhì)能溶解在硅中而不發(fā)生反應(yīng)形成分凝相的最大濃度。 表面濃度恒定，余誤差函數(shù)分布 (erfc)。隨時(shí)間變化：雜質(zhì)總量增加，擴(kuò)散深度增加 雜質(zhì)總量恒定，高斯函數(shù) /正態(tài)分布(Gaussian)。 隨時(shí)間變化：表面濃度下降，結(jié)深增加 ? ? ???????DtxCtxCs 2erfc,? ? ???????? ??DtxDtQtx T4exp,2?1 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) 如何判斷對(duì)費(fèi)克定律應(yīng)用何種解析解？ ?當(dāng)表面濃度為固溶度時(shí)，意味著該分布是余誤差分布 ?當(dāng)表面濃度較低時(shí)，意味著該分布是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的推進(jìn)過(guò)程，是高斯分布。 費(fèi)克定律解析解的應(yīng)用 本征擴(kuò)散時(shí)，理想邊界條件下的解。實(shí)際情況需要修正，如： ?高濃度 ?電場(chǎng)效應(yīng) ?雜質(zhì)分凝 ?點(diǎn)缺陷 ?… 2 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) 例題： CMOS中的 p阱的形成。要求表面濃度 Cs=4x1017 cm3，結(jié)深 xj=3 mm。 已知襯底濃度為 CB=11015 cm3。 設(shè)計(jì)該工藝過(guò)程。 離子注入 ＋ 退火 3 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) 假定推進(jìn)退火獲得的結(jié)深，則根據(jù) 該數(shù)值為推進(jìn)擴(kuò)散的“ 熱預(yù)算 ”。 ? ? ???????? ??DtxDtQtxC4exp,2?? ? 29151724210104ln4103ln4???????????? ????????????BsjCCxDt??????????DtxCC jsB4exp2解： 1）假設(shè)離子注入 +推進(jìn)退火 4 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) 2）推進(jìn)退火的時(shí)間 假定在 1100 ?C進(jìn)行推進(jìn)退火，則擴(kuò)散系數(shù) D= 1013 cm2/s ? 3）所需離子注入的雜質(zhì)劑量 可以推算出 該劑量可以很方便地用離子注入實(shí)現(xiàn)在非常薄的范圍內(nèi)的雜質(zhì)預(yù)淀積 ho 21329indri ve ???????t213917 ?? ???????? ?? DtCQ s5 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) 4）假如采用 950 ?C熱擴(kuò)散預(yù)淀積而非離子注入 ?預(yù)淀積時(shí)間為 此時(shí)， B的固溶度為 1020/cm3，擴(kuò)散系數(shù) D= 1015 cm2/s 該預(yù)淀積為余誤差分布，則 但是預(yù)淀積時(shí)間過(guò)短，工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)。應(yīng)改為離子注入！ ?DtCQs2? 1522013deppre ??????????????????t即使 ? ? ? ?9indrive14deppre ???? ???? DtDt6 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) 影響雜質(zhì)分布的其他因素 Fick’ s Laws： Only valid for diffusion under special conditions Simplification ! 7 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) 電場(chǎng)效應(yīng)（ Field effect） —— 非本征擴(kuò)散 ?電場(chǎng)的產(chǎn)生：由于載流子的遷移率高于雜質(zhì)離子，二者之間形成內(nèi)建電場(chǎng)。 ?載流子領(lǐng)先于雜質(zhì)離子，直到內(nèi)建電場(chǎng)的漂移流與擴(kuò)散流達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 如果 NA、 ND＞ ni（擴(kuò)散溫度下）時(shí)，非本征擴(kuò)散效應(yīng) 8 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) 所以，雜質(zhì)流由兩部分組成： 內(nèi)建電場(chǎng) ? 以 n型摻雜為例 ， ECxCDFFF drif tdif fusi ontot al m???????DkTq?m???????????????????????????ii nnCxDCnnxDCxCDF lnlnx???? ? ??????????innqkT ln?9 半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ) 第六章 擴(kuò)散原理 (下 ) DAiADNNCnnpnNpN?????? ??2由
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