雜質(zhì)摻雜ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-31 01:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 V2－ 有關(guān)， D隨 C2而變化， 分布解決曲線（ b）所示。但由于 離解效應(yīng) ，擴(kuò)散分布將呈現(xiàn)出不 規(guī)則的形狀。 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 26 磷在不同表面濃度下，在1000℃ 下擴(kuò)散 1h后的分布 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 27 在砷化鎵中的鋅擴(kuò)散 在砷化鎵中的擴(kuò)散會比在硅中要來得復(fù)雜，因為雜質(zhì)的擴(kuò)散包含砷和鎵兩種晶格原子移動?？瘴辉谏榛墧U(kuò)散過程中扮演了一個主要角色，因為 p型和 n型雜質(zhì)最終必須進(jìn)駐晶格位置上，然而空位的荷電狀態(tài)迄今尚未確定。 鋅是砷化鎵中最廣為使用的擴(kuò)散劑，它的 D會隨 C2而變化，所以擴(kuò)散分布如下圖所示，是陡峭的。并注意即使是最低表面濃度的情況，擴(kuò)散型態(tài)也屬于非本征擴(kuò)散。 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 28 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 29 擴(kuò)散相關(guān)工藝－橫向擴(kuò)散 一維擴(kuò)散方程基本能描述擴(kuò)散工藝，但在掩蔽層的邊緣例外，因為在邊緣處雜質(zhì)會向下、向橫向擴(kuò)散。這時必須考慮二維的擴(kuò)散方程式，并使用數(shù)值分析技術(shù)求得在不同初始與邊界條件下的擴(kuò)散分布。 顯示一恒定表面初始濃度條件下的輪廓線，并假設(shè) D與濃度無關(guān)。 垂直滲透約為 橫向滲透約為 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 30 由于橫向擴(kuò)散作用，結(jié)包含了一個中央平面區(qū)及一個近似圓柱、曲率半徑為 rj的邊。此外，如果掩蔽層有尖銳的角，在這個角處的結(jié)將因橫向擴(kuò)散而近似與圓球狀。既然電場強(qiáng)度在圓柱與圓球結(jié)處較強(qiáng)，則該處雪崩擊穿電壓遠(yuǎn)低于有相同襯底摻雜的平面結(jié)處。 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 31 氧化過程中雜質(zhì)的再分布 在熱氧化過程中，靠近硅表面的摻雜劑分布將會改變，這種再分布取決于幾個因素。 一是兩個固體接觸在一起時，其中之一內(nèi)的雜質(zhì)會在此二者內(nèi)重新分布達(dá)到平衡，此情形類似與融體生長晶體中的雜質(zhì)再分布。在硅內(nèi)的雜質(zhì)平衡濃度對二氧化硅內(nèi)雜質(zhì)平衡濃度之比為分凝系數(shù)，定義為： k ? 在 硅 中 的 雜 質(zhì) 平 衡 濃 度雜 二 氧 化 硅 中 的 雜 質(zhì) 平 衡 濃 度二是雜質(zhì)可能會快速地擴(kuò)散穿過二氧化硅，逸入周圍空氣中，如果在二氧化硅中雜質(zhì)擴(kuò)散速度很快，這個因素將會很重要。 三是二氧化硅不斷增厚，故硅與二氧化硅間的邊界將會隨時間而深入硅中，此邊界深入與雜質(zhì)穿過氧化層擴(kuò)散間的相對速率在決定再分布范圍時很重要。 四種可能的再分布工藝列于下圖。 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 32 分為二類 ， k1 圖（ a）和（ b） ， k1 圖（ c）和（ d） 其結(jié)果是 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 33 注入離子的分布 離子注入是一種將帶電的且具有能量的粒子注入襯底硅的過程。注入能量介于 1keV到 1MeV之間，注入深度平均可達(dá) 10nm~10um，離子劑量變動范圍從用于閾值電壓調(diào)整的 1012/cm3到形成絕緣層的 1018/cm3。相對于擴(kuò)散工藝，離子注入的主要好處在于能更準(zhǔn)確地控制雜質(zhì)摻雜、可重復(fù)性和較低的工藝溫度。 高能的離子由于與襯底中電子和原子核的碰撞而失去能量，最后停在晶格內(nèi)某一深度。平均深度由于調(diào)整加速能量來控制。雜質(zhì)劑量可由注入時監(jiān)控離子電流來控制。主要副作用是離子碰撞引起的半導(dǎo)體晶格斷裂或損傷。因此，后續(xù)的退化處理用來去除這些損傷。 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 34 中等電流離子注入機(jī)的示意圖 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 35 離子分布 一個離子在停止前所經(jīng)過的總距離，稱為射程 R。此距離在入射軸方向上的投影稱為 投影射程 Rp。投影射程的統(tǒng)計漲落稱為 投影偏差 σp。沿著入射軸的垂直的方向上亦有一統(tǒng)計漲落，稱為 橫向偏差 σ┷ 。 現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 36 下圖顯示了離子分布，沿著入射軸所注入的雜質(zhì)分布可以用一個高斯分布函數(shù)來近似： 22()( ) e x p [ ]22pppxRSnx??????現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 37 S為單位面積的離子注入劑量，此式等同于恒定摻雜總量擴(kuò)散是的式。沿x軸移動了一個 Rp。 2( , ) e x p ( )4SxC x t DtDt???回憶公式 對擴(kuò)散，最大濃度為 x＝ 0；對于離子注入，位于 Rp處。在（ x－ Rp）＝ 177。 σp處，離子濃度比其峰值降低了 40%。在 177。 2σp處則將為 10%。在177。 3σp處為 1%。在 177。 4σp處將為 %。 沿著垂直于入射軸的方向上，其分布亦為高斯分布，可用 表示。因為這種形式的分布也會參數(shù)某些橫向注入。 22e x p ( )2y? ??現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 38 離子阻止 是荷能離子進(jìn)入半導(dǎo)體襯底后靜止有兩種機(jī)制。 一是離子能量傳給襯底原子核，是入射離子偏轉(zhuǎn)，也使原子核從格點移出。設(shè) E是離子位于其運(yùn)動路徑上某點 x處的能量，定義 核阻止本領(lǐng) ： ( ) ( )nndESE dx?二是入射離子與襯底原子的電子云相互作用，通過庫侖作用，離子與電子碰撞失去能量，電子則被激發(fā)至高能級或脫離原子。定義 電子組織本領(lǐng) ： ( ) ( )eedESE dx?現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝 桂林電子科技大學(xué) 雜質(zhì)摻雜 39 離子能量隨距離的平均損耗可由上述兩種阻止
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