扩散与离子注入.ppt

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1、扩散与离子注入DiffusionandIonImplantation（第二讲）2003年10月8日扩散与离子注入1典型MOS工艺回顾nNMOS结构2003年10月8日扩散与离子注入2NMOS典型工艺n热氧化n薄膜沉积n光刻n刻蚀n注入n扩散n互连n封装2003年10月8日扩散与离子注入3CMOS工艺2003年10月8日扩散与离子注入4光刻技术n正胶n负胶2003年10月8日扩散与离子注入5热氧化2003年10月8日扩散与离子注入6第四章：扩散n向硅中引入杂质的重要方法之一，用于控制主要载流子类型、浓度，进而控制导电率。n主要

2、介绍：扩散的基本原理、扩散层的片电阻、扩散层深度的测量，以及物理扩散系统。2003年10月8日扩散与离子注入71、扩散过程n替位扩散：¨杂质沿着晶格运动¨必须有空位存在n添隙扩散：¨杂质通过晶格位之间的间隙运动¨扩散速度快于替位扩散¨扩散过程难以控制2003年10月8日扩散与离子注入82、扩散的数学描述nFick第一定律NJD¨D为扩散系数x¨描述扩散粒子的空间分布2NNnFick第二定律D2tx¨描述扩散粒子的时间分布2003年10月8日扩散与离子注入93、两种扩散方式n恒定源扩散n有限源扩散2003年1

3、0月8日扩散与离子注入104、扩散系数扩散系数的对数与温度的倒数成正比，即满足Arrhenius关系DDexp(E/kT)0A左图为替位扩散粒子的扩散系数右图为填隙扩散粒子的扩散系数2003年10月8日扩散与离子注入11常见杂质的扩散系数例：计算硼在1100oC下的扩散系数：D=10.5exp[-(3.69/8.61410-51373)]=2.9610-13cm2/sec2003年10月8日扩散与离子注入125、固溶极限n在一定温度下，硅能够容纳的杂质有一个上限，被称为固溶极限。n只有一小部分杂质对电子和空穴有贡献

4、，被称为“电活性”杂质。¨如图中虚线所示2003年10月8日扩散与离子注入136、PN结的形成与特征n纵向扩散与结的形成¨大多数的扩散过程，是为了将p型材料转变成为n型从而形成pn结¨扩散杂质浓度与背景浓度相等的点称为“冶金结深”，此处净杂质浓度为零。x2Dtln(N/N)jOB2003年10月8日扩散与离子注入14杂质浓度与电阻率2003年10月8日扩散与离子注入15横向扩散n在纵向扩散的同时，会发生横向扩散¨纵、横向扩散比¨效应耦合器件¨扩散掩模的设计2003年10月8日扩散与离子注入16扩散结深的测量nGroove-

5、and-stain法¨沟槽与着色法2003年10月8日扩散与离子注入17扩散结深的测量nAngle-lap¨斜角研磨法¨角度介于1~5o2003年10月8日扩散与离子注入187、片电阻n由于电阻是扩散深度的函数，为了描述方便，引入一个新的参数：片电阻，来描述扩散层的电阻特性：电阻率与厚度的比（W/□）-方阻。2003年10月8日扩散与离子注入19各种图形的方阻2003年10月8日扩散与离子注入20方阻的测量n四点探针法2003年10月8日扩散与离子注入21四点探针法的矫正系数n曲线a用于校正硅片厚度较大的情形n曲线b用于校正

6、硅片直径较小的情形2003年10月8日扩散与离子注入22VanderPauw法n用右图的结构测试方阻：AB之间通电流、测量CD之间的电压：VCDRsln2IAB2003年10月8日扩散与离子注入238、扩散系统n常用旋涂方法将液态源施加在硅片表面，但是均匀性差¨固态扩散源¨液态扩散源¨气态扩散源2003年10月8日扩散与离子注入249、硼、磷、砷、锑的扩散n硼¨元素硼的扩散系数极低，所以常用氧化硼2BO3Si4B3SiO与贵的反应来提供硼232扩散源：¨三甲基硼（(CH3O)3B）、氮化除了氧化硼外，其它硼源均硼为

7、常用的固态源先与氧反应形成氧化硼，在¨溴化硼为常用的液态于硅反应扩散源¨二硼烷B2H6为常用的气态源2003年10月8日扩散与离子注入25磷的扩散n磷的扩散也是通过氧2PO5Si4P5SiO化磷与硅的反应实现252的：¨固态源n单磷酸铵(NH4H2PO4)除了氧化磷外，其它磷源均n二磷酸铵((NH4)2H2PO4)先与氧反应形成氧化磷，在¨液态源于硅反应扩散n氧氯酸磷(POCl3)¨气态源n磷烷PH32003年10月8日扩散与离子注入26砷、锑的扩散nAs¨砷在硅中具有最高的溶解度，但是其高挥发性2As2O33Si

8、4As3SiO2造成其扩散控制困难，故通常用离子注入法。nSb¨锑在硅中的扩散系数较2Sb2O33Si4Sb3SiO2低¨可以使用液态的五氯化锑作为扩散源2003年10月8日扩散与离子注入27气体扩散源的毒性2003年10月8日扩散与离子注入28五、离子注入n离子注入已经成为向硅片