半导体制造技术离子注入工艺PPT课件.ppt

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1、Chapter8离子注入1目标至少列出三种最常使用的掺杂物辨认出至少三种掺杂区域描述离子注入的优点描述离子注入机的主要部分解释通道效应离子种类和离子能量的关系解释后注入退火辨认安全上的危害2离子注入简介安全性硬件制程概要3材料设计光罩IC生产厂房测试封装最终测试加热制程光刻离子注入与光阻剥除金属化化学机械研磨介电质沉积晶圆晶圆制造流程图蚀刻与光阻剥除4简介:掺杂半导体什么是半导体?为什么半导体需要被掺杂?什么是n型掺杂物?什么是p型掺杂物?5简介掺杂半导体两种掺杂的方法扩散离子注入离子注入的其他应用6掺杂半导体：扩

2、散等向性制程无法单独控制掺杂物的轮廓和掺杂物的浓度在1970年代中期以后被离子注入取代.7掺杂半导体：扩散最先用来掺杂半导体在高温炉中完成使用二氧化硅光罩仍然使用在掺杂物驱入(drive-in)在超浅接面形成的应用8沉积掺杂氧化层硅基片二氧化硅沉积掺杂氧化层9氧化硅基片二氧化硅10驱入硅基片二氧化硅掺杂接面11剥除和清洗硅基片二氧化硅掺杂接面12掺杂半导体：离子注入用在原子和核的研究1950年代观念便已被提出在1970年代中期才被引进到半导体制造.13掺杂半导体：离子注入单独控制掺杂物轮廓(离子能量)和掺杂物浓度(

3、离子束的电流和注入的时间组合控制)非等向性掺杂物轮廓容易达到重掺杂物(如：磷和砷)的高浓度掺杂.14栅极的对准失误栅极氧化层n-型硅n-型硅p+S/Dp+S/D金属匣极金属匣极对准的对准失误的15多晶硅n+P型硅n+二氧化硅P+离子注入：磷16离子注入和扩散的比较光阻二氧化硅硅硅离子注入扩散掺杂区域接面深度17离子注入和扩散的比较18离子注入控制离子束电流和注入时间控制掺杂物的浓度离子能量控制接面深度掺杂物浓度是非等向性19离子注入的应用20其他的应用氧离子注入为了硅覆盖绝缘层(SOI)组件锗预先非晶化注入在钛薄膜

4、为较好的退火锗预先非晶化注入在硅基片做为轮廓控制…...21阻滞机制离子贯穿进入基片和晶格原子发生碰撞逐渐失去能量，最后停在基片里面有两种阻滞机制22两种阻滞机制原子核阻滞与晶格原子的原子核碰撞引起明显的散射造成晶体结构的混乱和损害.电子阻滞和晶格原子的电子产生碰撞入射离子路径几乎是不变的能量的转换非常的小晶格结构的损害可以忽略23阻滞机制总阻滞力Stotal=Sn+SeSn:原子核阻滞,Se:电子阻滞低能量,高原子序的离子注入：主要是原子核阻滞高能量,低原子序的离子注入：主要是电子阻滞24阻滞机制随机碰撞(S=S

5、n+Se)通道式(SSe)背向散射(SSn)离子25阻滞功率与离子速度原子核阻滞电子阻滞IIIIII离子的速度阻滞功率26离子轨迹和投影射程投影射程离子的轨迹碰撞离子束真空基片至表面的距离27投影射程ln(浓度)投影射程基片表面从表面算起的深度280.0100.1001.000101001000注入能量(keV)投影射程(mm)BPAsSb硅中掺杂离子的投影射程290.000.200.400.600.801.001.20硅(Si)二氧化硅(SiO2)氮化硅(Si3N4)铝(Al)遮蔽层厚度(微米)SbAsPB2

6、00keV掺杂离子所需的阻挡层厚度光阻(PR)30如果入射角度正确,离子可以不与晶格离子碰撞且行进一个很长的距离引起一个不是想得到的掺杂物分部轮廓非常少的碰撞多数的碰撞注入制程：通道效应31通道效应通道离子碰撞离子晶格原子q晶圆表面32碰撞的q晶圆表面碰撞的通道的碰撞后的通道效应33碰撞后的通道效应碰撞碰撞通道掺杂物浓度到表面的距离34注入制程：通道效应避免通道效应的方法晶圆倾斜,通常倾斜角度是7°屏蔽氧化层硅或锗的非晶态注入制程阴影效应离子被结构阻挡藉旋转晶圆或在注入后退火期间的小量掺杂物扩散解决阴影效应35多晶

7、硅基片掺杂区阴影区离子束阴影效应36阴影效应多晶硅基片掺杂区退火及扩散之后37问与答为什么人们不试着应用通道效应以不是很高的离子能量来形成很深的掺杂接面?离子束并非完美的平行，许多离子在穿入基片之后立刻会和晶格原子发生许多的原子核碰撞。一部分的离子可以沿着通道深入基片，而很多其他离子则被阻滞成常态的高斯分佈.38损害制程注入的离子转移能量给晶格原子原子从晶格的束缚能释放出来释放出来的原子和其他的晶格原子碰撞晶格原子释放成自由原子数增多损害会持续发生直到所有的自由原子停止一个高能量的离子可以导致数千个晶格原子的偏离位

8、置39由单一离子造成的损伤重离子单晶硅损伤区轻离子40离子和晶格原子碰撞并且将晶格原子敲离开晶格的束缚基片的注入区变成非晶态结构注入前注入后注入制程：损伤41注入制程：退火掺杂物原子必须在单晶体晶格位置且和四个硅原子产生键结，能够有效的提供电子(donor,N-type)或是电洞(acceptor,P-type)从高温获得的热能，帮助非晶态原子复原成单晶体结