半導(dǎo)體制造技術(shù)第十七章-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 ubstrate Dopant gas N Diffused region Figure ? 擴(kuò)散是微電子工藝中最基本的平面工藝，在9001200℃ 的高溫，雜質(zhì)（非雜質(zhì)）氣氛中，雜質(zhì)向襯底硅片的確定區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散，又稱(chēng)熱擴(kuò)散。因此，擴(kuò)散是一種傳質(zhì)過(guò)程，宏觀上表現(xiàn)出物質(zhì)的定向遷移。 替位原子的運(yùn)動(dòng)一般是以近鄰處有空位為前題 B， P，一般作為替代式擴(kuò)散雜質(zhì)，實(shí)際情況更復(fù)雜，包含了硅自間隙原子的作用，稱(chēng)填隙式或推填式擴(kuò)散 Ws 空位濃度 kTW vNen /??間隙擴(kuò)散 替代擴(kuò)散 硅中的固溶度極限 1100176。和氧化爐相類(lèi)似。 固態(tài)源擴(kuò)散 ? 擴(kuò)散方式 – 開(kāi)管擴(kuò)散 – 箱式擴(kuò)散 – 涂源擴(kuò)散 ? 固態(tài)源 – 陶瓷片或粉體：BN、 B2O Sb2OP2O5等 石英管 接排風(fēng) 閥和流量計(jì) 載氣 鉑源舟 石英舟和硅片 開(kāi)管固態(tài)源擴(kuò)散系統(tǒng) 液態(tài)源擴(kuò)散 ? 液態(tài)源 POClBBrB(CH3O)3 （ TMB） 接排風(fēng) 閥和流量計(jì) 載氣 石英舟和硅片 石英管 溫度控制池 源瓶和液相源 液相源擴(kuò)散系統(tǒng) 氣態(tài)源擴(kuò)散 ? 氣態(tài)源 BClB2HPHAsH3 石英管 接排風(fēng) 閥和質(zhì)量 流量計(jì) 氣源 石英舟和硅片 氣態(tài)源擴(kuò)散系統(tǒng) 離子注入 ? 離子注入是一種向硅襯底中引入可控制數(shù)量的雜質(zhì)以改變其電學(xué)性能的方法。 2. 在強(qiáng)電場(chǎng)中加速，獲得較高的動(dòng)能后，射入材料表層（靶）。 ? （比擴(kuò)散） 注入劑量 能量 ItQe nA? K E nV?離子注入過(guò)程是一個(gè)非平衡過(guò)程，高能離子進(jìn)入靶后不斷與原子核及其核外電子碰撞，逐步損失能量，最后停下來(lái)。 ? 投影射程是離子注入晶圓內(nèi)部的深度，它取決于離子的質(zhì)量、能量、晶圓的質(zhì)量以及離子入射方向與晶向之間的關(guān)系。 ? 核碰撞（核阻止 nuclear stopping） ? 電子碰撞（電子阻止 electronic stopping） – 總能量損失為核碰撞與電子碰撞的和。 電子碰撞 ——注入離子與靶內(nèi)自由電子以及束縛電子間的碰撞，能瞬時(shí)地形成電子 空穴對(duì)。橫向效應(yīng)與注入離子的種類(lèi)及入射離子的能量有關(guān)。 110 111 100 傾斜旋轉(zhuǎn)硅片后的無(wú)序方向 控制溝道效應(yīng)的方法 ? 傾斜硅片 ? 掩蔽氧化層 ? 硅預(yù)非晶化 ? 使用質(zhì)量較大的原子 離子注入機(jī) Ion source Analyzing mag Acceleration column Ion beam Plasma Process chamber Extraction assembly Scanning disk 離子注入機(jī)的主要部件有：離子源、質(zhì)量分析器、加速器、聚焦器、掃描系統(tǒng)以及工藝室等。 3）質(zhì)量分析器 反應(yīng)氣體中可能會(huì)夾雜少量其它氣體，這樣，從離子源吸取的離子中除了需要雜質(zhì)離子外，還會(huì)有其它離子。 （ 4）加速器 為了保證注入的離子能夠進(jìn)入 wafer，并且具有一定的射程，離子的能量必須滿(mǎn)足一定的要求，所以，離子還需要進(jìn)行電場(chǎng)加速。 加速管 100 MW 100 MW 100 MW 100 MW 100 MW 0 kV +100 kV +80 kV +20 kV +40 kV +60 kV +100 kV Ion beam Ion beam To process chamber Electrode From analyzing mag Figure （ 5）掃描器 離子束是一條直徑約 1～ 3的線(xiàn)狀高速離子流，必須通過(guò)掃描覆蓋整個(gè)注入?yún)^(qū)。 硅片的靜電離子束掃描 Yaxis deflection Xaxis deflection Wafer Twist Tilt High frequency Xaxis deflection Low frequency Yaxis deflection Figure 注入陰影效應(yīng) Resist a) Mechanical scanning with no tilt Ion beam b) Electrostatic scanning with normal tilt Resist Figure 離子注入機(jī)的終端臺(tái) Photograph provided courtesy of International SEMATECH Photo 熱退火 離子注入對(duì)材料電學(xué)性質(zhì)的影響 – 散射中心的增加，使載流子遷移率下降。 退火處理的必要性 – 消除由注入造成的損傷，讓硅晶格恢復(fù)其原有完美晶體結(jié)構(gòu)。 C修復(fù)晶格， 950176。 對(duì)比內(nèi) 容 熱擴(kuò)散 離子注入 動(dòng)力 高溫、雜質(zhì)的濃度梯度 平衡過(guò)程 動(dòng)能， 5500KeV 非平衡過(guò)程 雜質(zhì)濃度 受表面固溶度限制摻雜濃度過(guò)高、過(guò)低都無(wú)法實(shí)現(xiàn) 濃度不受限 結(jié)深 結(jié)深控制不精確 適合深結(jié)摻雜 結(jié)深控制精確 適合淺結(jié)摻雜 橫向擴(kuò)散 嚴(yán)重。
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