《半导体的高温掺杂》PPT课件

《《半导体的高温掺杂》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章半导体的高温掺杂1掺杂（doping）：将一定数量和一定种类的杂质掺入硅中，并获得精确的杂质分布形状（dopingprofile）。MOSFET：阱、栅、源/漏、沟道等BJT：基极、发射极、集电极等掺杂应用：BECppn+n-p+p+n+n+BJTpwellNMOS掺杂工艺:热扩散法掺杂（diffusion）离子注入法掺杂(ionimplant)2掺杂过程气/固相扩散离子注入或退火预淀积＝优点缺点预淀积控制剂量恒定剂量推进退火离子注入气/固相扩散室温掩蔽无损伤掺杂精确剂量控制产率高1011～10

2、16/cm2剂量精确的深度控制高浓度浅结形成灵活损伤位错会导致结漏电需要长时间驱入退火，可能获得低表面浓度沟道效应会影响杂质分布低剂量预淀积困难注入损伤增强扩散受到固溶度限制34.1扩散现象扩散模型扩散是一种物理想象，是因为分子受到热运动的驱动而使物质由浓度高的地方移向浓度低的地方。扩散可以发生在任何时间和任何地方。如香水在空气中扩散；糖，盐在溶液中扩散。扩散的发生需要的条件：浓度差；41.热扩散法掺杂热扩散是最早使用也是最简单的掺杂工艺，主要用于Si工艺。利用原子在高温下的扩散运动，使杂质原子从浓度

3、很高的杂质源向硅中扩散并形成一定的分布。5氧化扩散炉6扩散炉中的硅片用装片机将硅片装载到石英舟上7热扩散步骤热扩散通常分两个步骤进行：------预淀积（predeposition）也称预扩散----推进（drivein）/再分布8预淀积（预扩散）预淀积:温度低(炉温通常设为800到1100℃),时间短,因而扩散的很浅,可以认为杂质淀积在一薄层内。目的是为了控制杂质总量即形成一层较薄但具有较高浓度的杂质层。预淀积为整个扩散过程建立了浓度梯度。表面的杂质浓度最高,并随着深度的增加而减小,从而形成梯度。在

4、扩散过程中，硅片表面杂质浓度始终不变,因此这是一种恒定表面源的扩散过程。9推进（主扩散）推进是利用预淀积所形成的表面杂质层做杂质源，在高温下（炉温在1000到1250℃）将这层杂质向硅体内扩散。目的为了控制表面浓度和扩散深度。通常推进的时间较长，推进是限定表面源扩散过程。10二维扩散（横向扩散）一般横向扩散(0.75~0.85)*Xj(Xj纵向结深)11Xj0.75~0.85Xj横向扩散12(a)间隙式扩散(interstitial)(b)替位式扩散(substitutional)间隙式杂质：O,Au

5、,Fe,Cu,Ni,Zn,MgEi~0.6–1.2eV替代式杂质P，B，As,Al,Ga,Sb,GeEi~3–4eV2扩散原理及模型2.1扩散分类间隙原子必须越过的势垒高度Ei13替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位置Ⅲ、Ⅴ族元素一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层慢扩散杂质间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙Na、K、Fe、Cu、Au等元素扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级间隙式扩散原子的激活能量

6、要比替位扩散小快扩散杂质14半导体中的扩散工艺是利用固体中的扩散现象，将一定种类和一定数量的杂质掺入到半导体中去，以改变半导体的电学性质2.2扩散模型151.恒定表面源扩散：恒定源扩散过程实际是预淀积过程2.有限源扩散：有限表面源扩散实际上是杂质的再分布（驱入）1617扩散过程中，硅片表面杂质浓度始终不变这种类型的扩散称为恒定表面源扩散。1.恒定表面源扩散其扩散后杂质浓度分布为余误差函数分布特点：表面浓度始终保持不变182、恒定表面源扩散：表面杂质浓度恒定为Cs边界条件：C(x,0)=0,x0C(0

7、,t)=CsC(,t)=0实际工艺中，这种工艺称作“预淀积扩散”。即气相中有无限量的杂质存在，可以保证在扩散表面的杂质浓度恒定。解方程，得恒定扩散方程的表达式C(x,t)为某处t时的杂质浓度Cs为表面杂质浓度，取决于某种杂质在硅中的最大固溶度erfc称作“余误差函数”19erfc(x)=ComplementaryErrorFunction=1-erf(x)余误差函数性质：对于x<<1对于x>>120：称为特征扩散长度1）掺杂总量为A和Cs/CB有关D与温度T是指数关系,因此T对结深的影响要较t大许多

8、2）扩散结深为xj，则213）杂质浓度梯度梯度受到Cs、t和D（即T）的影响。改变其中的某个量，可以改变梯度，如增加Cs（As）。在p-n结处CB和Cs一定时，xj越深，结处的梯度越小。22表面杂质浓度不变扩散时间越长，杂质扩散距离越深，进入衬底的杂质总量越多。杂质分布满足余误差函数分布t1t2t3t1