半导体器件原理与工艺

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1、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。杂质扩散预扩散

2、剂量控制推进结深控制杂质扩散源掺杂机制O,Au,Fe,Cu,Ni,Sn,MgP,B,As,Al,Ga,Sb,Ge填隙扩散机制硅原子挤走杂质，杂质再填隙两种扩散机制并存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一维扩散模型扩散模型采用连续性方程J1J2dx扩散模型如果D与x无关,Fick第二定律D的温度依赖性D=Doexp(-EA/kT),式中EA是激活能预沉积分布余误差函数预沉积预沉积

3、剂量浓度梯度预沉积与推进后浓度与深度关系结深计算当杂质浓度等于衬底浓度时,对应的深度为xj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CVSIMSRBSAESLWt扩散系统固态源液态源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C

4、MOS双极工艺BiCMOSMEMS加工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)离子注入离子注入机种类：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以上离子注入系统系统包含离子源(BF3,AsH3,PH3)加速管终

5、端台质量分析器由经典力学选择所需要的杂质离子，筛选掉其他的杂质离子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+100kv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-+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剂量的控制FaradaycupDI=It/A库仑散射与离子能量损失机理垂直射程高斯深度分布垂直投影射程投影射程：MonteCarloSimulationof50keVBoronimplantedi

6、ntoSi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。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ImplantationDamage等时退火激活载流子减小二次缺陷SPERap

7、idThermalProcessing减小了杂质再分布工艺简单硅化物的形成热塑应力离子注入的应用举例SIMOX(SeparationbyIMplantationofOXygen)4000Åofburiedoxiderequiresahighoxygendoseof2E18/cm2离子注入的应用举例IonCut-HydrogenImplantation