集成电路设计第6部分幻灯片.ppt

* * 使用光学高温计注意事项 测量时需仔细选择工作波长，确保灯泡在那个波长下的辐射进入反射腔之前被完全过滤了。 过滤灯泡辐射使用专用玻璃或其他光学滤波器。由于石英炉管本身对钨－卤灯光谱有过滤作用，在炉管上开一个孔或窄的窗口，便于高温计探测到晶圆。 需要准确的知道窗口的厚度，否则会产生达１００℃的温度误差。 某些工艺辅助气体会吸收红外谱区的能量，从而降低观察晶圆表面的温度精度。 * * 光学高温计——有效辐射率 光学高温计的主要问题是必须精确确定有效辐射率，有效辐射率包括本征辐射和外部辐射两部分。 本征辐射是材料、表面光洁度、温度、测量波长的函数。 裸硅片的本征辐射用温度函数表征： 低温下，对于小禁带宽度的能量，辐射率与掺杂浓度有关 当温度超过６００℃后，半导体变成本征半导体，自由载流子足够多，　使得辐射率几乎与测量波长无关。 * * 光学高温计——有效辐射率 不同温度下硅的辐射率与波长的关系。 大于６００℃，硅是本征半导体。　 * * 有效辐射率——外部辐射 外部辐射与从其他辐射源发出，反射到被测量点并使表观温度升高的辐射能量。 经常使用屏蔽罩尽量减少外部辐射的影响。 辐射的测量必须是实时现场测量，辐射率可能随着反应腔的反射率变化而变化。 多晶硅和二氧化硅薄层也会改变测量波长下的辐射率。 * * 有效辐射率——外部辐射 在无反射腔和反射率７０％的空腔中。 多晶硅／二氧化硅／硅结构，多晶硅厚度与辐射效率的关系。 * * 其他测量方法 包括波纹高温计、热膨胀测量、声波测量。 波纹高温计：　 辐照灯组由交流电源供电，光强会发生振荡。由于晶圆的温度——其发出的辐射量，是基本固定的。测量交流光强度基本上是在测量晶圆的反射率，反之，可以利用来计算辐射率。 利用热膨胀测量： 形成于晶圆表面的衍射光栅，可以用投影式莫尔干涉仪或衍射级次测量来进行温度测量，测量由于膨胀引起的光栅移动，推算温度变化。还可以直接测量晶圆的直径变化测量温度。 * * 其他测量方法（续） 声波测量： 声音在硅中的速度是衬底温度的线性函数。通过放置晶圆的石英杆发射出声波，并用另一石英杆来检测。 声波传感器既可以做发声器也可以做探测器，存在（ｎ２－ｎ）／２个可能的声波传递路径。 测量到的声速是所有传送路径的平均速度，可以通过沿不同路径进行多次测量来提取整个晶圆上的温度分布。 * * 其他测量方法（续） 声波测量侧视图 声波测量俯视图 石英杆位置 硅片 * * 杂质的快速热激活 IC工艺随着器件特征尺寸的减小，浓度梯度增加，允许的最大杂质在分布减少。杂质注入带来的损伤需要通过退火来消除，退火温度要达到1100℃。 快速热处理就是在这样的高温下缩短处理时间降低处理成本。随温度的升高，消除缺陷团的时间缩短，1000 ℃的退火时间只有毫秒量级。 * * 杂质的快速热激活（续） RTP的特点之一就是不需要使晶圆达到热平衡状态，这就意味着具有电活性的有效掺杂分布实际上可以超过固溶度限制。 砷杂质只需要极短的退火时间就可以获得高的激活水平，在进行数毫秒的退火后，激活浓度达到3×1021。是其固溶度的10倍。 短时间退火处理，砷原子没有足够时间形成聚团并凝聚成无活性的缺陷。 * * 杂质激活的瞬时效应 稳态扩散 瞬时扩散 B 3.5 eV 1.8 eV As 3.4 eV 1.8 eV P 3.6 eV 2.2 eV 注入杂质在低温和短时间退火后形成的化学结要比简单扩散理论预计的深，扩散率增强因子高达1000倍 这是由于注入后高浓度空位和自填隙原子存在。此即为瞬时效应。 通过在高温退火前先进行一个低温处理来湮灭过剩的点缺陷。 高剂量的砷注入可以观察到瞬时效应，硼的瞬时效应比砷大得多。 瞬时效应随与缺陷湮灭速率有关的特征时间常数减弱。 本征扩散激活能和瞬时扩散激活能 * * 杂质的快速热激活（续） 对于B和BF2注入，RTP不能激活所有杂质，低温下或注入BF2情况下峰值浓度附近区域的硼被更完全的激活。 炉管退火可以激活低浓度的注入尾区的硼，不能完全激活峰值浓度附近区域的硼。 RTP退火后低浓度尾区的硼没有被完全激活，具有电活性的PN结结深比化学结浅。 * * 化学杂质和电活性杂质的分布 RTP处理后化学杂质刨面分布——实线。 具有电活性杂质的刨面分布——黑点。 * * 化学杂质和电活性杂质的分布(续) 浓度峰值和尾区的硼都没有被完全激活，形成了无电活性的硼填隙原子造成未激活杂质的存在。 尾区硼扩散的速度比峰值区硼扩散大。注入杂质在峰值区造成位错和其他扩散缺陷，在XRp+1.5ΔRp或者XRp-0.4ΔRp区域，点缺陷密度高，导致了瞬时增强扩散。 * * GaAs杂质注入的激活 GaAs杂质注入的激活需要用一个覆盖层来防止晶圆中砷的扩散。覆盖层通常是Si3N