半导体器件半导体工艺掺杂PPT
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Βιβλιοθήκη Baidu
离子注入系统
离子注入源：气态（气瓶）或固态源 常用气体：AsH3、PH3、BF3
离化反应室：将掺杂物原子离化，低压 （10－3托）电子与杂质源碰撞。
1标准大气压 = 101 325 帕斯卡 1 托（Torr）=133.322帕（Pa）
BF3： B+ BF+ BF+2 BF3 F+ F+2 等
离子注入系统
质谱分析/离子选择 质谱分析仪 离开离化子系统的离子具有15－40keV的 能量
B+ BF+ BF2+
离子注入系统
加速管：将离子加速到足够高的速度， 获取足够高的动量以穿透晶圆表面。为 了将污染降到最低，此部分处于高真空 条件。加速管为直线形设计，离子进入 加速管立刻沿着加速管的方向在所施加 的电压作用下加速。电压范围的不同分 为低能（5～10keV）和高能离子注入 机（0.2～2.5MeV）。由每分钟离子注 入量不同分为中等束流和高束流离子注 入机。被注入的离子量称为剂量。
扩散
物质的微粒总是时刻不停地处于运动之中， 这 可称之为热运动。 在热运动的作用下， 物质 的微粒都有一种从浓度高的地方向浓度低的地 方运动的趋势， 这就是扩散。
浓度差
驱动能量
扩散形成的掺杂区和结
固态扩散的目的： 1、在晶圆表面产生具有掺杂原子的数量。 2、在晶圆表面下特定位置处形成NP或PN 结。 3、在晶圆表面形成特定的掺杂原子分布。
离子注入系统
束流聚焦： 离开加速管后，束流由于相同电荷的排斥作用 而发散。发散导致离子密度不均匀和晶体掺杂不 均一。成功的离子注入，束流必须聚焦。静电或 磁透镜用于将离子束聚焦为小尺寸束流或平行束 流。 束流中和： － 尽管真空去除了系统中大部分空气，但是束流附 离子束 至晶圆 近还是有些残存的气体分子。离子和这些气体原 子发生碰撞导致杂质原子中和。 束流中和 0 + P+ + N 2 ＝ P +N2
掺杂工艺
集成电路生产过程中要对半
导体基片的一定区域掺入一 定浓度的杂质元素， 形成不 同类型的半导体层， 来制作 各种器件， 这就是掺杂工艺。
扩散、离子注入
目的
1、理解掺杂工艺的概念。 2、理解扩散的概念及发生扩散的条件。 3、掌握结的定义。 4、画出掺杂原子（浓度）分布曲线。 5、列举离子注入机的主要部件及功能。
菲克第一定律
j D N N ( x, t ) j D x
N ( x, t ) N ( x, t ) D 2 t x
2
菲克第二定律
扩散方程：
淀积工艺受控制或约束的因素
2、杂质的最大固溶度
误差函数
扩散源
1、液态源 氯化物 溴化物（BBr3，POCl3）
加热
反应气体 4BBr3+3O22B2O3+6Br2
离子注入系统
束流扫描终端靶室
离化反应室
离子注入系统
离子束与晶圆作用： 1、晶圆电荷积累。利用电子枪提供电子 2、晶体损伤。高温处理
投影射程
离子注入区杂质浓度：
1、薄层二氧化硅 2、 3o - 7o 3、表面不定型层
扩散工艺步骤
1、淀积 deposition predeposition
扩散方式
晶体内扩散是通过一系列随机跳跃来实现的， A B 填隙式扩散 替位式扩散 这些跳跃在整个三维方向进行，有多种方式， 最主要有： A 填隙式扩散 B 替位式扩散 C 填隙-替位式扩散
淀积工艺受控制或约束的因素
1、特定杂质的扩散率。温度影响
沾污
扩散源
2、气态源 氢化物 AsH3 B2H6
优势： 精确控制 洁净度好 缺点： 管路中容易形成 二氧化硅粉尘
扩散源
3、固态源 最原始 氧化物
近邻源
匙 远程固态源
旋转涂覆源
2、推进氧化drive-in-oxidation
原子数量恒定不变
杂质分布改变
施主
氧化的影响
受主
离子注入
（1）热扩散的限制 （2）离子注入优点
① 横向扩散和位错 ② 实现浅结困难 ③ 掺杂浓度控制精度 ④ 表面污染 ①无侧向扩散 ②精确控制掺杂的 数量及位置 ③离子注入浓度最 大值不在表面 ④掩膜（光刻胶、 金属膜和二氧化 硅） ⑤低温工艺
离子注入概念
杂质 离子注入是将含所需杂质的化合物分子 电离 聚集 （BCl3、BF3）电离为杂质离子后，聚集成 加速 束用强电场加速，使其成为高能离子束，直 轰击 接轰击半导体材料，当离子进入其中时，受 阻挡 半导体材料原子阻挡，而停留在其中，成为 半导体内的杂质。
离子注入系统
离子注入源：气态（气瓶）或固态源 常用气体：AsH3、PH3、BF3
离化反应室：将掺杂物原子离化，低压 （10－3托）电子与杂质源碰撞。
1标准大气压 = 101 325 帕斯卡 1 托（Torr）=133.322帕（Pa）
BF3： B+ BF+ BF+2 BF3 F+ F+2 等
离子注入系统
质谱分析/离子选择 质谱分析仪 离开离化子系统的离子具有15－40keV的 能量
B+ BF+ BF2+
离子注入系统
加速管：将离子加速到足够高的速度， 获取足够高的动量以穿透晶圆表面。为 了将污染降到最低，此部分处于高真空 条件。加速管为直线形设计，离子进入 加速管立刻沿着加速管的方向在所施加 的电压作用下加速。电压范围的不同分 为低能（5～10keV）和高能离子注入 机（0.2～2.5MeV）。由每分钟离子注 入量不同分为中等束流和高束流离子注 入机。被注入的离子量称为剂量。
扩散
物质的微粒总是时刻不停地处于运动之中， 这 可称之为热运动。 在热运动的作用下， 物质 的微粒都有一种从浓度高的地方向浓度低的地 方运动的趋势， 这就是扩散。
浓度差
驱动能量
扩散形成的掺杂区和结
固态扩散的目的： 1、在晶圆表面产生具有掺杂原子的数量。 2、在晶圆表面下特定位置处形成NP或PN 结。 3、在晶圆表面形成特定的掺杂原子分布。
离子注入系统
束流聚焦： 离开加速管后，束流由于相同电荷的排斥作用 而发散。发散导致离子密度不均匀和晶体掺杂不 均一。成功的离子注入，束流必须聚焦。静电或 磁透镜用于将离子束聚焦为小尺寸束流或平行束 流。 束流中和： － 尽管真空去除了系统中大部分空气，但是束流附 离子束 至晶圆 近还是有些残存的气体分子。离子和这些气体原 子发生碰撞导致杂质原子中和。 束流中和 0 + P+ + N 2 ＝ P +N2
掺杂工艺
集成电路生产过程中要对半
导体基片的一定区域掺入一 定浓度的杂质元素， 形成不 同类型的半导体层， 来制作 各种器件， 这就是掺杂工艺。
扩散、离子注入
目的
1、理解掺杂工艺的概念。 2、理解扩散的概念及发生扩散的条件。 3、掌握结的定义。 4、画出掺杂原子（浓度）分布曲线。 5、列举离子注入机的主要部件及功能。
菲克第一定律
j D N N ( x, t ) j D x
N ( x, t ) N ( x, t ) D 2 t x
2
菲克第二定律
扩散方程：
淀积工艺受控制或约束的因素
2、杂质的最大固溶度
误差函数
扩散源
1、液态源 氯化物 溴化物（BBr3，POCl3）
加热
反应气体 4BBr3+3O22B2O3+6Br2
离子注入系统
束流扫描终端靶室
离化反应室
离子注入系统
离子束与晶圆作用： 1、晶圆电荷积累。利用电子枪提供电子 2、晶体损伤。高温处理
投影射程
离子注入区杂质浓度：
1、薄层二氧化硅 2、 3o - 7o 3、表面不定型层
扩散工艺步骤
1、淀积 deposition predeposition
扩散方式
晶体内扩散是通过一系列随机跳跃来实现的， A B 填隙式扩散 替位式扩散 这些跳跃在整个三维方向进行，有多种方式， 最主要有： A 填隙式扩散 B 替位式扩散 C 填隙-替位式扩散
淀积工艺受控制或约束的因素
1、特定杂质的扩散率。温度影响
沾污
扩散源
2、气态源 氢化物 AsH3 B2H6
优势： 精确控制 洁净度好 缺点： 管路中容易形成 二氧化硅粉尘
扩散源
3、固态源 最原始 氧化物
近邻源
匙 远程固态源
旋转涂覆源
2、推进氧化drive-in-oxidation
原子数量恒定不变
杂质分布改变
施主
氧化的影响
受主
离子注入
（1）热扩散的限制 （2）离子注入优点
① 横向扩散和位错 ② 实现浅结困难 ③ 掺杂浓度控制精度 ④ 表面污染 ①无侧向扩散 ②精确控制掺杂的 数量及位置 ③离子注入浓度最 大值不在表面 ④掩膜（光刻胶、 金属膜和二氧化 硅） ⑤低温工艺
离子注入概念
杂质 离子注入是将含所需杂质的化合物分子 电离 聚集 （BCl3、BF3）电离为杂质离子后，聚集成 加速 束用强电场加速，使其成为高能离子束，直 轰击 接轰击半导体材料，当离子进入其中时，受 阻挡 半导体材料原子阻挡，而停留在其中，成为 半导体内的杂质。