半导体制造工艺-08扩散(下).pptVIP

扩散层质量检验 薄层电阻测量 结深测量 掺杂分布测量 四探针薄层电阻测量 结深测量 磨角染色法（bevel and stain） pn结显示技术：不同导电类型的区域，由于电化学势不同，经染色后显示出不同颜色。 常用染色液：HF与0?1％HNO3的混合液，使p区的显示的颜色比n区深。 掺杂分布测量 C－V测量（Capacitance-Voltage Measurement） 测量结的反偏电容和电压的关系可以测得扩散层的掺杂分布。 二次离子质谱（Secondary Ion Mass Spectroscopy, SIMS） 用高能离子束轰击样品，使其产生正负二次离子，将这些二次离子引入质谱仪进行分析，再由检测系统收集，据此识别样品的组分。 非本征扩散 与浓度有关的扩散 扩散分布－硅中的扩散 在砷化镓中的锌扩散 扩散相关工艺－横向扩散 VR 1/C2 对于均匀掺杂的单边突变结，结电容由下式给出： ?s 硅的介电常数; NB 衬底掺杂浓度 Vbi 结的内建势; VR 反偏电压 前面讨论对于恒定扩散系数而言，只发生在掺杂浓度低于扩散温度下的本征载流子浓度ni时。当杂质浓度大于ni时，扩散系数变得与浓度有关，称为非本征扩散。非本征扩散区内，同时扩散或相继扩散的杂质之间存在着相互作用和协同效应，使扩散更为复杂。 当基质原子离开晶格位置而产生空位，依照空位的电荷数，可有中性空位V0、受主空位V－、双电荷受主V2－、施主空位V+等。可以预期，某种带电状态下的空位密度，有类似与载流子浓度的温度相关性。 如果杂质扩散以空位扩散为主，则D正比于空位密度。低掺杂浓度时，EF＝Ei，空位密度等于Ci而与杂质浓度无关。正比与Ci的D也将和杂质浓度无关。高掺杂浓度时，EF向导带底移动，指数项大于1，这是CV增大，进而是D变大。如上图的右侧所示。 考虑扩散系数时，D可以写成： Cs为表面浓度，Ds为表面扩散系数，γ是用来描述与浓度有关的参数。 扩散方程式为： 可将扩散方程式写成一常微分方程式并以数值法求解。 结深可以用下式表示 硅内所测量到的D与杂质浓度的关系 B和As ，其γ＝1，曲线（c）所 示，非常陡峭。 Au和Pt，γ＝-2，曲线（d）所示， 呈一凹陷的形状。 P，与V2－有关，D随C2而变化， 分布解决曲线（b）所示。但由于 离解效应，扩散分布将呈现出不 规则的形状。 磷在不同表面浓度下，在1000℃下扩散1h后的分布 在砷化镓中的扩散会比在硅中要来得复杂，因为杂质的扩散包含砷和镓两种晶格原子移动。空位在砷化镓扩散过程中扮演了一个主要角色，因为p型和n型杂质最终必须进驻晶格位置上，然而空位的荷电状态迄今尚未确定。 锌是砷化镓中最广为使用的扩散剂，它的D会随C2而变化，所以扩散分布如下图所示，是陡峭的。并注意即使是最低表面浓度的情况，扩散型态也属于非本征扩散。 半导体制造工艺基础 第六章 扩散原理 (下) 上节课主要内容 1、掺杂工艺一般分为哪两步？结深？薄层电阻？固溶度？ 2、两种特殊条件下的费克第二定律的解及其特点？特征扩散长度？ 预淀积＋退火。预淀积：气固相预淀积扩散或离子注入。Rs：表面为正方形的半导体薄层（结深），在平行电流方向所呈现的电阻，单位为 ?/?，反映扩散入硅内部的净杂质总量。固溶度：在平衡条件下，杂质能溶解在硅中而不发生反应形成分凝相的最大浓度。 表面浓度恒定，余误差函数分布(erfc)。随时间变化：杂质总量增加，扩散深度增加 杂质总量恒定，高斯函数/正态分布(Gaussian)。随时间变化：表面浓度下降，结深增加 如何判断对费克定律应用何种解析解？ 当表面浓度为固溶度时，意味着该分布是余误差分布 当表面浓度较低时，意味着该分布是经过长时间的推进过程，是高斯分布。 费克定律解析解的应用 本征扩散时，理想边界条件下的解。实际情况需要修正，如： 高浓度 电场效应 杂质分凝 点缺陷 … 例题：CMOS中的p阱的形成。要求表面浓度Cs=4x1017 cm-3，结深xj=3 mm。 已知衬底浓度为CB=1×1015 cm3。 设计该工艺过程。 离子注入 ＋ 退火 假定推进退火获得的结深，则根据 该数值为推进扩散的“热预算”。 解：1）假设离子注入+推进退火 2）推进退火的时间 假定在1100 ?C进行推进退火，则扩散系数D=1.5×10-13 cm2/s ? 3）所需离子注入的杂质剂量 可以推算出 该剂量可以很方便地用离子注入实现在非常薄的范围内的杂质预淀积 4）假如采用950 ?C热扩散预淀积而非离子注入 ?预淀积时间为 此时，B的固溶度为2.5×1020/cm3，扩散系数D=4.2×10-15 cm2/s 该预淀积为余误差分布，则 但是预淀积时间过短，工艺无法实现。应改为离子注入！ 即