微电子工艺Chapter 17(zhang)课件.ppt

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1、第17章　离子注入1掺杂原因：本征硅导电能力很差。在硅中加入少量杂质，结构和电导率变化。2本章目标1.解释掺杂在硅片制造过程中的目的和应用.2.讨论杂质扩散的原理和过程.3.对离子注入有整体的认识，包括优缺点.4.讨论剂量和射程在离子注入中的重要性.5.列举离子注入机的５个主要子系统.6.解释离子注入中的退火效应和沟道效应.7.描述离子注入的各种应用.317.1引言Table17.1半导体常用杂质杂质改变半导体的导电性4具有掺杂区的CMOS结构n-channelTransistorp-channelTransistorLIoxidep–epitaxiallayer

2、p+siliconsubstrateSTISTISTIn+p+p-welln-wellp+p–p+p–p+n+n–n+n–n+ABCEFDGHKLIJMNOn+nn++p+pp++Figure17.15CMOS制作中的一般掺杂工艺6离子注入在硅片流程中UsedwithpermissionfromLanceKinney,AMDImplantDiffusionTest/SortEtchPolishPhotoCompletedwaferUnpatternedwaferWaferstartThinFilmsWaferfabrication(front-end)Hardma

3、sk(oxideornitride)AnnealafterimplantPhotoresistmaskFigure17.27在硅片中的掺杂区OxideOxidep+SiliconsubstrateDopantgasNDiffusedregionFigure17.3817.2扩散1.扩散原理三步预扩散推进激活杂质移动固溶度横向扩散2.扩散工艺硅片清洗杂质源9硅中的杂质扩散DisplacedsiliconatomininterstitialsiteSiSiSiSiSiSiSiSiSic)MechanicalinterstitialdisplacementSiSiSiS

4、iSiSiSiSiSia)Siliconlatticestructureb)SubstitutionaldiffusionSiSiSiSiSiSiSiSiVacancyDopantd)InterstitialdiffusionSiSiSiSiSiSiSiSiSiDopantininterstitialsiteFigure17.410扩散原理一.扩散流方程7/29/2021扩散时质量守衡，J随时间变化与随空间变化相同－－连续性方程以下式表示杂质原子流密度扩散方程为：17-117-217-312扩散系数与温度有关D0：扩散率，E：扩散工艺激活能，k0：玻耳兹曼常数，

5、T：绝对温度。3－613硅中的固溶度极限1100°CTable17.314扩散工艺扩散8个步骤:1.进行质量测试以保证工具满足生产质量指标.2.使用批控制系统，验证硅片特性.3.下载包含所需工艺参数的工艺菜单.4.开启扩散炉，包括温度分布.5.清洗硅片并浸泡HF，去除自然氧化层.6.预淀积：把硅片装入扩散炉，扩散杂质.7.推进：升高炉温，推进并激活杂质，然后撤出硅片.8.测量、评价、记录结深和电阻.15扩散常用杂质源Table17.41617.3离子注入1.概况控制掺杂浓度（数量、深度）离子注入的优点离子注入的缺点2.离子注入参数剂量射程17控制掺杂浓度、深度a)

6、低掺杂浓度(n–,p–)浅结(xj)MaskMaskSiliconsubstratexjLowenergyLowdoseFastscanspeedBeamscanDopantionsIonimplanterb)高掺杂浓度(n+,p+)和深结(xj)BeamscanHighenergyHighdoseSlowscanspeedMaskMaskSiliconsubstratexjIonimplanterFigure17.518离子注入机示意图IonsourceAnalyzingmagnetAccelerationcolumnIonbeamPlasmaProcessch

7、amberExtractionassemblyScanningdisk19离子注入机PhotographcourtesyofVarianSemiconductor,VIISion80Source/TerminalsidePhoto17.120离子注入的优点1.精确控制掺杂浓度2.很好的杂质均匀性3.对杂质深度很好控制4.产生单一离子束5.低温工艺6.注入的离子能穿过薄膜7.无固溶度极限Table17.521缺点1.辐射损伤。高温退火修复。2.设备复杂（比扩散）注入剂量22射程能量电子阻止Se、核阻止Sn23离子注入机的种类Table17.624杂质离子的射程和投影

8、射程Inc