扩散离子注入ppt课件.ppt

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1、第三章扩散/离子注入本章主要内容§3.1引言§3.2扩散原理§3.3扩散工艺§3.4扩散设备§3.5离子注入§3.6离子注入工艺原理§3.7离子注入效应§3.8离子注入退火§3.9离子注入的应用§3.10离子注入设备3.1引言本征硅电阻率：金属铝电阻率：掺杂本质：改变硅的电阻率，使其成为有用的半导体。掺杂目的：主要是形成P－N结例子a简单的二极管结构3.1引言例子b简单的三极管结构3.1引言掺杂手段：3.1引言扩散离子注入扩散是微观粒子（原子、分子等）普遍的热运动形式，运动的结果是使浓度分布趋于均匀。半导体工艺中，扩

2、散是指将一定数量和一定种类的杂质掺入到硅或其它晶体中，以改变晶体的电学性质，并使掺入的杂质数量和分布情况都满足要求的工艺过程。扩散分为三种即气态、液态和固态。扩散是硅基集成电路的重要工艺之一。3.2扩散原理1.扩散的概念在间隙位置的杂质杂质空位（a）间隙式扩散（b）替位式扩散2.固态杂质扩散机制3.2扩散原理杂质在硅中的扩散3.2扩散原理非克（Fick）第一定律：J为扩散粒子流密度，定义为单位时间通过单位面积的粒子数，D为扩散系数，是表征杂质扩散快慢的系数，N是扩散粒子的浓度。非克第一定律表达了扩散的本质即温度越高，

3、浓度差越大，扩散就越快。3.2扩散原理3.杂质扩散方程非克（Fick）第二定律：非克第二定律与非克第一定律描述的物理概念相同，通常使用非克第二定律求解杂质浓度分布函数N(z,t)。3.2扩散原理对杂质扩散方程进行求解，首先需要引入两组边界条件，分别是：1).恒定表面源条件（表面杂质浓度固定）2).有限表面源条件（杂质总量固定）3.2扩散原理4.杂质浓度分布函数其扩散方程的解：式中的erfc代表余误差函数1)、余误差函数分布（恒定表面源扩散条件）3.2扩散原理余误差函数分布曲线：3.2扩散原理余误差函数分布的特点：a、

4、当扩散温度不变时，表面杂质浓度维持不变。杂质表面浓度由该种杂质在扩散温度下的固溶度所决定。b、扩散时间越长，扩散温度越高，则扩散进入硅片内的杂质总量就越多；c、扩散时间越长，扩散温度越高，杂质扩散得越深；3.2扩散原理其扩散方程的解：式中的QT为杂质总量2)、高斯函数分布（有限表面源扩散条件）3.2扩散原理高斯函数分布曲线：3.2扩散原理高斯函数分布的特点：a、在整个扩散过程中，杂质总量QT保持不变；b、扩散时间越长，扩散温度越高，则杂质扩散得越深，表面浓度越低；c、表面杂质浓度可控；3.2扩散原理1)、方块电阻2)

5、、结深3.2扩散原理5.杂质扩散后的参数表征1)、方块电阻方块电阻就是长宽相等的扩散电阻，它与长宽大小无关。方块电阻通常用R□表示，单位为Ω/□。3.2扩散原理扩散电阻与方块电阻的关系：,当L=W时，其中ρ为扩散层的平均电阻率方块电阻是杂质扩散的一个重要表征参数，因为它间接的表征了在半导体中掺入的杂质总量。方块电阻可以通过四探针测试仪进行测量。3.2扩散原理2)、结深定义：杂质扩散浓度分布曲线与衬底掺杂浓度曲线的交点的位置称为杂质扩散的结深。结深的获得：a、公式计算（令扩散方程的解N（xj,t）=NB）b、实验测量余

6、误差分布高斯分布3.2扩散原理a、结深公式余误差分布高斯分布3.2扩散原理b、结深的测量结深可以通过磨角法、滚槽法测量Xj＝L×sinθ3.2扩散原理方块电阻和结深是扩散的重要工艺参数，两个参数已知则扩散分布曲线也可确定下来。3.2扩散原理硅中的常规扩散杂质：●形成P型硅的杂质：B、Al、Ga（ⅢA族元素）●形成N型硅的杂质：P、As、Sb（ⅤA族元素）●IC制造中常用杂质：B、P、As、Sb注：B：硼，Al：铝，Ga：镓，P：磷，As：砷，Sb：锑3.2扩散原理6.与扩散相关的几个知识●Si中慢扩散杂质（扩散系数小

7、）：B、As、Sb●Si中快扩散杂质（扩散系数大）：P、Al、Ga●在SiO2中扩散系数非常小的杂质：B、P、As、Sb●在SiO2中扩散系数大的杂质：Al、Ga3.2扩散原理扩散杂质在Si和SiO2中的不同扩散特性：固溶度：固溶度就是在一定的温度下，掺入杂质在硅晶体中的最大浓度。杂质固溶度（atoms/cm3）硼（B）2.2×1020磷（P）1.1×1021砷（As）1.7×1021锑（Sb）5.0×1019铝（Al）1.8×10191100℃下硅中的杂质固溶度3.2扩散原理横向扩散（扩散问题）：Xj横＝（0.75

8、～0.85）Xj纵3.2扩散原理3.3扩散工艺1.扩散方法1)、固态源扩散2)、液态源扩散3)、气态源扩散根据杂质源的不同进行分类：扩散常用杂质源杂质杂质源化学名称砷（As）AsH3砷烷（气体）磷（P）PH3磷烷（气体）磷（P）POCl3三氯氧磷（液体）硼（B）B2H6乙硼烷（气体）硼（B）BF3三氟化硼（气体）硼（B）BBr3三溴化硼（液体）