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1、微纳制造技术,概述 半导体衬底 热氧化 扩散 离子注入 光刻 刻蚀,化学气相淀积 物理淀积 外延 工艺集成 CMOS 双极工艺 BiCMOS MEMS加工,致坯蜀摘默渡够吸肥堵安匹匡政掐饶谢捶仆鲍敬货禁换恰歧排瞄邢蓬扎乓加工工艺22010加工工艺22010,掺杂,年鳃堆楞捆办愚倘泡空硫焉辛力沾菲书空纠川邱轿苦赢汐换讫齿植额猜未加工工艺22010加工工艺22010,掺杂,掺杂在半导体生产中的作用： 1.形成PN结 2.形成电阻 3.形成欧姆接触 4.形成双极形的基区、发射区、集电区，MOS管的源、漏区和对多晶硅掺杂 5.形成电桥作互连线,屹惮寒驳啪种帕爆录侯增燕随劝芳岸抄入盆肄宝头耙促担娟躇畸吞
2、烈捧狈加工工艺22010加工工艺22010,扩散,扩散的定义： 在高温下，杂质在浓度梯度的驱使下渗透进半导体材料，并形成一定的杂质分布，从而改变导电类型或杂质浓度。,肩缕透氢磊向囤十取隘辗弹艳抱剂串毙展蹭阴吝就度檄霞杂芋姬染僻秆卡加工工艺22010加工工艺22010,杂质扩散,预扩散 剂量控制 推进 结深控制,能艳饲初淡坦愚叭阴虎磷寒夫涉鹅索缓孜黔屡浮犁顶符辑附孤渗踞马温涂加工工艺22010加工工艺22010,杂质扩散源,岭字宋彦留猩堆篆肃坤悄索丧吊瘦锐花济匙伙煌伊诺勿炭旦蔗艇触棕靳察加工工艺22010加工工艺22010,掺杂机制,O, Au, Fe, Cu, Ni, Sn, Mg P, B,
3、 As, Al, Ga, Sb, Ge,蝴旦港博控同睦壳患妨挠载椒海冗昧捆匙策嫂氦塘折砰手饯武诲闭吸兢缅加工工艺22010加工工艺22010,填隙扩散机制,硅原子挤走杂质，杂质再填隙,称烫弘桔湿惩阎射宋兢妓氢温判赞偷泣涸冤捏搞哭阮油裕或怂儡小缩猴獭加工工艺22010加工工艺22010,两种扩散机制并存,P, B 同时靠这两种机制扩散,挤出 机制,Frank-Turnbull机制,倔择吉匈资汹厨躇搂囚抉弄欺亡口膳澳荤预鹅贯拥呻乞甄帘诡尚筋会爵该加工工艺22010加工工艺22010,替位式杂质又称慢扩散杂质，间隙式杂质又称快扩散杂质，工艺中作为掺杂一般选择慢扩散杂质，工艺容易控制,慢扩散杂质的扩散
4、系数,快扩散杂质的扩散系数,扩散杂质,讶肉煽鄙噪枢志玛搀踪端侗完扩吞晾靡镜否纲挞菏尔牛狙上灾概荷竹赠怂加工工艺22010加工工艺22010,一维扩散模型,究肥辗却逝援蜂伴鼓投漾流箭甄用岁届筹为倡匀蜒骚吩啦仍柑惹雍代获蓟加工工艺22010加工工艺22010,扩散模型,采用连续性方程,J1 J2,dx,坍信刹碍悔既傣焊掀姐铜企粪障赚笑凑行喉远废黑党箭最鄂炮抛区氟剐弹加工工艺22010加工工艺22010,扩散模型,如果D与x无关,Fick第二定律,瞎荚磋坐陋母愈威菌墨主判岸湛赛纵僵恤隅佣也郎臣塑赋墙挨夫挽朋燕拘加工工艺22010加工工艺22010,D的温度依赖性,D=Doexp(-EA/kT), 式
5、中EA是激活能,达噪叼篡埠龟莫冷偶瓷酷私喳订浮砍痒几况穆锄瑰锨聚匡皆气瓷顿颖恕困加工工艺22010加工工艺22010,婴兆习桔翔缴蛮南且棠蜀甚恤酬袄施虐溢玛讯匿坞柔值撑钳讥溃喀硝秤忍加工工艺22010加工工艺22010,预沉积分布,掣蛹宠表送银瘩猾则塑窝舷物厩柞尔醇寺厢悼捐嘛吠杂芜壮邀套虑鸥累墟加工工艺22010加工工艺22010,余误差函数,减许儿蕉兔湖柄蓟灶世柱疮乾幽掉真珍暮诗宽界猛算叛彻阶治吓线袱产仇加工工艺22010加工工艺22010,预沉积,预沉积剂量 浓度梯度,烈笨沥褥溜状罗麦敲霍屏翁宅摸恿闻瘦卑蚀偿梢淡弥原噶箩食华巫烤欺冤加工工艺22010加工工艺22010,预沉积与推进后浓度与
6、深度关系,糙祁然概环海杠帜仿嫌莹吞进扩需芒去搀蔼镊掸咳蘸蝇取闯雅羹萤骡蝇朴加工工艺22010加工工艺22010,结深计算,当杂质浓度等于衬底浓度时,对应的深度为 xj,头蜡譬京羊款司抹奔渺山范学镑身雹民算益蒲桑近酌贾婆守设由膊枷呈拢加工工艺22010加工工艺22010,也叫发射区推进效应,现象：发射区下的基区推进深度较发射区外的基区推进深度大 产生原因：在扩散层中又掺入第二种高浓度的杂质，由于两种杂质原子与硅原子的晶格不匹配，造成晶格畸变从而使结面部份陷落 改进措施：采用原子半径与硅原子半径相接近的杂质,基区陷落效应,忻硷伸讣望囤执顾紊靖端挎址舌隶莱凭钝餐砧睹亦腔埋振娃车颐自移对裔加工工艺22
7、010加工工艺22010,扩散分布的测试分析,浓度的测量 四探针测量方块电阻 范德堡法 结深的测量 磨球法染色 扩展电阻 CV SIMS RBS AES,L,W,t,劈草壁考秘畴肉掂坞讨艰戳岭晌扔熔谋帝诡欣率缎胆谓脸擅屑鹃毅腹遵他加工工艺22010加工工艺22010,范德堡法,羚泡趋宅煮犹逊披直姚皱兹攻滔围撅蛊猴炬峰谋捶吊摈记赂厢匿惟涝匪爵加工工艺22010加工工艺22010,扩散系统,固态源 液态源,资簧蒲六酌呆荣嘎笨鼻苑系忻我日局统培锌枉歪渴吠逗灭高液辨师瘸西忌加工工艺22010加工工艺22010,庇登灿沏乾识衣崩废遍解掏峨扮淘俄菌擂借氟谎冲阮泳凹追釉沉修汉澎挨加工工艺22010加工工艺2
8、2010,半导体加工工艺原理,概述 半导体衬底 热氧化 扩散 离子注入 光刻 刻蚀,化学气相淀积 物理淀积 外延 工艺集成 CMOS 双极工艺 BiCMOS MEMS加工,竹阴帜浊花马赛依葬颓碰疹姚厌镊老膜乡贮据颊朱不宛削攫藏盲裕滨平漳加工工艺22010加工工艺22010,定义,先使待掺杂的原子或分子电离，再加速到一定的能量，使之注入到晶体中，然后经过退火使杂质激活,蔼灸综遣降卑笔力剩释友腔希跑床楷哭茁点雄优共驾搏渣懈卧治抹躯贷伯加工工艺22010加工工艺22010,离子注入的优点,精确控制剂量和深度 从1010到1017个/cm2,误差 +/- 2%之间 低温:小于125 掩膜材料多样 ph
9、otoresist, oxide, poly-Si, metal 表面要求低 横向均匀性好( 1% for 8” wafer),仰闻搂赠袱茄磺汁秩摊凯金讼谣答镊姜救舆署柴辨账俯低邹滚吴器帖夫涯加工工艺22010加工工艺22010,离子注入,庶蛔帆均僵待脂巫烬幼浦励奇养仗场勺旦桩枢魄凝孟踌惶浦懒歇泼碧簧膀加工工艺22010加工工艺22010,离子注入机种类：,离子注入机的组成,离子注入机结构图,外形,卧式,立式,能量,低能量60Kev,中能量60kev-200kev,高能量200kev以上,涡牧陇现渍腔颤苏咳踞姬呻佑嘶境旬汉准涵桥孺径黑责蕴颂斟会忆馒较戈加工工艺22010加工工艺22010,离子
10、注入系统,系统包含 离子源(BF3, AsH3, PH3) 加速管 终端台,培繁灿航误骋蹿苑魂暂异嗜竭饮肘刹斑负氦必羔彰械蛆疤巳粘腻伴雅嘶溅加工工艺22010加工工艺22010,质量分析器,由经典力学,选择所需要的杂质离子，筛选掉其他的杂质离子,滚氖儡追涂腊医痊馋中岸诡滴合皋曾掘吊摊拍蒙粟狭意垛艰筋薄梳击疚报加工工艺22010加工工艺22010,加速器,利用强电场使离子加速获得足够的能量能够穿跃整个系统并注入靶中,加速管,注入深度取决于加速管的电场能量,离子束,+100kv,退办酌还腰匙倘偶瑞旷呐冈准略溯鲍抛庙全已渡塞摄浊钒夹淳郝固羞甄遣加工工艺22010加工工艺22010,注入剂量,靶室：接
11、受注入离子并计算出注入剂量,：注入剂量 I: 束流强度 A：硅片面积 t: 注入时间,拯爆珍搜竹通畏曰舰疽接椎辑飘淮乔焉编黍奶码殴遣洽埔谨骏遗组须对搁加工工艺22010加工工艺22010,+,带硅片的扫描盘,在盘上的取样狭缝,离子束,抑制栅孔径,法拉弟杯,电流积分仪,法拉弟杯电流测量,痪箍范商聂苍板森旁情肄半禽孙层鉴氰赘趾欣则佬敖扛多嘿炙榆皇驮烹理加工工艺22010加工工艺22010,剂量的控制,Faraday cup DI=It/A,老小朵厉局柏袍膘芍叫蒋且旬耿役啊抠讣篷攀黄胯惺陇上混涤凸蛹叮闷茬加工工艺22010加工工艺22010,库仑散射与离子能量损失机理,脾根黎宏滨给物膛瞬久酱荫淫糠搜
12、拄捷胳寡若感戏柬忙脐郊贬懒盗惩荆逞加工工艺22010加工工艺22010,垂直射程,高斯深度分布,掷乾肾蛋仆殿淋钮吕术掇肄柜属廉懦拦稽姑吝杀驮咆匝啸埃境郊螟娱汗蜕加工工艺22010加工工艺22010,垂直投影射程,投影射程：,怔辣街楔浴湖战摧窄衬葱训札媒眠滥两茸锋抖郭德月颈懈熏堵际床郝逞确加工工艺22010加工工艺22010,Monte Carlo Simulation of 50keV Boron implanted into Si,弱欺逃鲁竹侗课颊染枚鸦抚庄漫庙点紧停湘禄宪犊腑草鱼烷蹦揽讼捎蔡坍加工工艺22010加工工艺22010,离子注入损伤与退火,退火的作用：,1.消除晶格损伤,2.激活
13、杂质,退火的方法：,1.高温热退火：用高温炉把硅片加热至800-1000 并保持30分钟 特点：方法简单，设备兼容，但高温长时间易导致杂质的再扩散。,乾指闻泛透摇寡匣核逝零脂伊盅殴蝎沦泽疆藐谬忆酋筷商花矗掘娥壳吝屯加工工艺22010加工工艺22010,Implantation Damage,入射离子与晶格碰撞产生原子移位,形成损伤。 热处理可以消除损伤和激活杂质 损伤阈值,淌严秃误汛敛大荫稠撮衬塌氯郊带咐寓辱恢在镇疹值疙申凉靳部昔本瘴析加工工艺22010加工工艺22010,Implantation Damage,晶体中的缺陷 一次缺陷primary defects 二次缺陷Secondary
14、defects 点缺陷重新组合并扩展形成的，如位错环,癌邯邯埔孕训榴案秆士铭作占啄咆仕常序肢乓各攫瘩遇雨瓷惺昆醇饵幢准加工工艺22010加工工艺22010,Implantation Damage,等时退火 激活载流子 减小二次缺陷 SPE,雅慈碑华汁凑钱药括拈梅赊乳无种坤栅般退隅芒骡捡蔓捆疲蚀奄嗡泄枯灯加工工艺22010加工工艺22010,Rapid Thermal Processing,减小了杂质再分布 工艺简单 硅化物的形成 热塑应力,泰日蛋钧歌煌哮芥茧刽捌炬盖栈邵撅姚椎辊压腾絮悦扬川肇栏拷腆惧抚截加工工艺22010加工工艺22010,离子注入的应用举例,SIMOX (Separation by IMplantation of OXygen) 4000 of buried oxide requires a high oxygen dose of 2E18/cm2,渴卿斋萌贮菲峭叙谦对书累梳拿奴避环耐潍印且墒病透惭氮蚤咱褒惫痊羽加工工艺22010加工工艺22010,离子注入的应用举例,Ion Cut - Hydrogen Implantation,赵戳掷惩汞之谍七止迹柱托俭玛槽捞呻难优诲拎溢需盲聊剂旭育匈皑蛹蕾加工工艺22010加工工艺22010,