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扩散amp;离子注入.ppt
2)机械扫描:离子束固定,硅片机械移动。一般用于大电流注入机。 扫描外半径 扫描内半径 溢出杯 旋转 离子束 3.10 离子注入设备 3)平行扫描:离子束先静电扫描,然后通过一组磁铁, 调整它的角度,使其垂直注入硅片表面,从而减小阴影效应。 3.10 离子注入设备 5. 工艺腔 工艺腔包括扫描系统、具有真空锁的装卸硅片的终端台、硅片传输系统和计算机控制系统。 硅片冷却:硅片温升控制在50℃以下,使用气冷和橡胶冷却。 3.10 离子注入设备 离子注入机的终端台 3.10 离子注入设备 第三章习题 书中第17章: 3、12、13、14、15 、30、53、55、56 第三章作业 1. 什么是扩散?什么是离子注入?掺杂的工艺目的是什么? 2. 什么是方块电阻及结深? 3. 列举4种常用杂质并说明它们是N型还是P型。 4. 什么是两步扩散工艺? 5. 与扩散相比离子注入的优点有哪些? 6. 离子注入退火的工艺目的?为什么杂质需要激活? 7. 离子注入的应用有哪些? 第三章作业 8. 在P型〈100〉衬底硅片上,进行As离子注入,形成P-N结二极管。已知衬底掺杂浓度为1×1016cm-3,注入能量:100KEV,注入剂量:5.0E15/cm2,试计算砷离子注入分布的最大掺杂浓度Nmax和注入结深。 基于硅制备硅基集成电路,对硅有两个最最基本的要求,一是硅必须是单晶硅,二是对硅必须能够掺杂。单晶硅我们在前面已经做了介绍,现在我们重点介绍硅掺杂的重要性。对硅为什么要进行掺杂呢? * 在半导体硅中掺入杂质,其本质是改变了硅的电阻率,这毫无疑问,例如向硅衬底中掺入杂质以改变硅衬底的电阻率,满足不同的需求;其次更主要的一个目的是形成PN结,制备出我们所需要的不同器件结构。 * 扩散是经典的传统的杂质掺杂手段,而离子注入是现代的先进的大规模集成电路中普遍使用的一种掺杂方式。讲解扩散的必要性:一,扩散是硅片工艺处理过程中一种基本物理现象,只要硅片有高温处理过程,则必然存在杂质扩散现象,即便是离子注入工艺,后续的高温退火过程也属于扩散的范畴;二,对扩散的认识和了解有利于同学们更好的理解为什么现代先进的硅掺杂手段使用的是离子注入,原因何在,与扩散相比离子注入有哪些优缺点。 * 沿着空位进行替位式扩散。对于硅,Au、Ag、Cu、Fe、Ni 等半径较小的金属杂质原子按间隙式扩散,而 P、As、Sb、B、Al、Ga、In 等半径较大的杂质原子则按替位式扩散。间隙式扩散的速度比替位式扩散的速度快得多。 * 对于扩散这种物理现象的描述我们通常使用的理论是非克定律。式中负号表示扩散是由高浓度处向低浓度处进行;比例常数 D 是粒子的 扩散系数(取决于粒子种类和扩散温度);D 的大小直接表征着该种粒子扩散的快慢。所以发生扩散的必要条件是扩散粒子具有浓度梯度和一定的温度。 * 可以把两个分布曲线放在一起,便于比较 * 前面已经介绍了杂质在硅晶体中的扩散机制、扩散方程以及杂质扩散后的分布函数,那么硅中常见的扩散杂质有哪些呢? * 此处要求同学们知晓的是:硅晶体的原子密度为5×1022atoms/cm3。 * 专家提醒:加入拖尾现象的解释 * 消除晶格损伤大约需要500摄氏度,激活杂质原子大约需要950摄氏度。加温振动使原子处于最低能量位置,可以举跳棋棋盘的例子(张庆中)。 * 侧墙的作用是防止源漏注入过于接近沟道以致发生源漏穿通。 * * 3.7 离子注入效应 1. 沟道效应 2. 注入损伤 1. 沟道效应 当注入离子未与硅原子碰撞减速,而是穿透了晶格间隙时就发生了沟道效应。 沿110晶向的硅晶格视图 3.7 离子注入效应 发生沟道效应的杂质分布曲线 3.7 离子注入效应 拖尾现象:最高浓度位置不变,产生尾巴 控制沟道效应的方法 1). 倾斜硅片:硅片倾斜是减小沟道效应的常用办法。(100)晶向的硅片常用的角度是偏离垂直方向7°,注 入机在出厂前就把角度调好。 2). 掩蔽氧化层:离子通过氧化层后,方向随机。 3). 硅预非晶化:增加Si+注入,低能量(1KEV)浅注入,应用非常有效。 4). 使用质量较大的原子。 5). 加热使硅晶格原子发生振动(温度不能太高)。 3.7 离子注入效应 2. 注入损伤 高能杂质离子轰击硅原子将产生晶格损伤。 (a)轻离子损伤情况 (b)重离子损伤情况 3.7 离子注入效应 3.8 离子注入退火 退火工艺目的: 消除晶格损伤,并且使注入的杂质转入替位位置而实现电激活。 注入后退火 2 . 快速热退火 采用高频加热等方法瞬时内使晶片的某个区域加热到极高的温度,在较短的时间(10-3
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