11.03.22第4章掺杂3概论.ppt

第4章 掺杂技术 * * 4.3.1 晶体结构 4.3.2 离子注入对晶体的影响 4.3.3 常见晶体缺陷 * * 4.3.1 晶体结构 晶体的重要特点就是组成晶体的分子、原子、离子是按照一定的规则周期排列。任一晶体都可以看成是由质点在三维空间中按照一定的规则作周期重复性排列所构成。 晶体的这种周期性结构称为晶格。 单晶体：单一的晶格连续组成。 多晶体：由相同结构的许多小晶粒无规则堆积组成 * * 非晶体 * * 晶体结构的原子排列 * * 多晶与单晶结构 Polycrystalline structure Monocrystalline structure * * 晶胞 在晶体材料中,对于长程有序的原子模式最基本的实体就是晶胞.或者说,能够反映晶体对称性质的最小单元称为晶胞。 在自然界中共存在7种基本的晶体结构。 对微电子工艺技术来说，硅的结构一般是立方结构 * * 面心立方结构 如金刚石晶体结构 每个角上的原子被8个晶胞所共有 每个面上的原子被2个晶胞所共有 * * 硅的晶胞 面心立方共有原子 立方体内部的4个原子 * * 晶向 晶向决定了晶圆中的晶体结构的物理排列 不同晶向的硅片化学、电学和机械性质都不一样 * * 为了描述晶向，建立如图的坐标系，取一个等距离的单位值。如果晶体是单晶结构，所有的晶胞都会沿着该坐标轴重复排列。 Z X Y 1 1 1 0 * * 晶面的密勒指数 硅晶体平面上的方向由密勒指数确定。 其中小括号() 用来表示特殊的平面 尖括号用来表示对应的方向 * * (100)平行于y-z轴并与x轴在单位值为1处相交 (110)仅于x和y轴相交 (111)和三轴均相交 (100)最常用，有利于控制MOS管器件开关的阈值电压 Z X Y (100) Z X Y (110) Z X Y (111) * * 4.3.2 离子注入的影响 沟道效应 对单晶材料进行注入时，如果离子速度方向平行于主晶轴时，会出现沟道效应，此时这部分离子会行进很长距离，但能量损失很小。 相当于一个离子在一长度的沟道中运动。 * * * * 沟道效应会使注入分布产生一个较长的拖尾，应采取措施予以避免： 倾斜硅片：为了避免这种现象的产生，一般在离子注入的时候，大都偏离主晶轴进行注入。典型的倾斜角是7度。 预非晶化：另一种方法是破坏晶体的晶格结构。 掩蔽层：通过掩蔽氧化层增加注入离子的方向的随机性 * * Used with permission from Edgard Torres Designs 111 100 110 (100) 偏离垂直方向7度 (110)旋转硅片15~35度 * * 4.3.2 离子注入的影响 注入损伤 由于核阻滞离子损失的能量，会造成原衬底中晶格原子离开原来的位置。而这部分移位的原子中有一部分会和相邻的其他衬底的原子产生碰撞，而使衬底损伤。 * * 4.3.2 离子注入的影响 杂质激活 (1)为了对电性能有贡献，注入的杂质必须占据晶格的位置。 (2)此外，为了要使载流子的迁移率回到合理的数值，晶格间的断键也要修复。 * * Repaired Si lattice structure and activated dopant-silicon bonds b) Si lattice after annealing a) Damaged Si lattice during implant Ion Beam * * 4.3.2 离子注入的影响 退火处理 为恢复晶格损伤，在离子注入后要进行退火处理。 在退火的同时，掺入的杂质同时向半导体体内进行再分布，使杂质离子占据硅的晶格点，而不是保留在晶格间隙的位置。 * * 硅片退火的方法 高温炉退火：用高温炉把硅片加热到800-1000度，并保持三十分钟。此时，硅原子重新回到晶格位置，杂质原子也能替代硅原子位置进入晶格。 快速热退火：RTA，用极快的升温和在目标温度（1000度）短暂的持续时间对硅片进行热处理 * * 4.3.3 常见晶体缺陷