硅集成电路工艺基础3剖析.pptVIP

3.6.2 气体浸没激光掺杂(GILD: Gas Immersion Laser Doping) 气体浸没激光掺杂： 用准分子激光器(308nm) 产生高能量密度(0.5-2.0J/cm2)的短脉冲(20-100ns)激光，照射处于气态源中的硅表面 硅表面因吸收能量而变为液体层 同时气态掺杂源由于热解或光解作用产生杂质原子 通过液相扩散，杂质原子进入这个很薄的液体层，溶解在液体层中的杂质扩散速度比在固体中高八个数量级以上，因而杂质快速并均匀地扩散到整个熔化层中。 当激光照射停止后，已经掺有杂质的液体层通过固相外延转变为固态结晶体。由液体变为固态结晶体的速度非常快(＞3m/s)。在结晶的同时，杂质也进入激活的晶格位置，不需要近一步退火过程，而且掺杂只发生在表面的一薄层内。 由于硅表面受高能激光照射的时间很短，而且能量又几乎都被表面吸收，硅体内仍处于低温状态，不会发生扩散现象，体内的杂质分布没有受到任何扰动。 硅表面溶化层的深度由激光束的能量和脉冲时间所决定。因此，可根据需要控制激光能量密度和脉冲时间达到控制掺杂深度的目的。 在液体中杂质扩散速度非常快，杂质的分布也就非常均匀，因此可以形成陡峭的杂质分布形式。 采用这种方法可以得到突变型杂质分布、超浅深度和极低的串联电阻。 气体浸没激光掺杂技术对工艺作出了极大的简化，成功地应用于MOS和双极器件的制造中。 1. 薄层电阻的测量 薄层电阻(方块电阻)测量广泛采用四探针方法测试。 电流经过外面两根探针测量，中间两根探针测量电压，由如下公式计算出电阻率： R=c V/I 式中，c是修正因子。在待测样品远远大于探针间距时，c为固定值4.53。而样品较小时，则要查得相应的c值代入公式计算。 3.7、与扩散有关的测量 2. 电阻率与杂质浓度的测量 霍尔效应测试仪 电阻率 载流子浓度 3. 扩散结深的测量 扩散结深常用磨角染色法和磨槽染色法测量。如图所示。 显结液如下：对PN结显示P区，用HF:HNO3:H2O=500:1:500，红外灯照射1min后，P区变暗； 对PN结显示N区，用CuSO4?5H2O:HF:H2O=5g:2ml:50ml，红外灯照10s，N区染上铜。 4. 杂质浓度分布的测量 杂质浓度分布可以用C-V法测量，它的原理是利用测得的电容与耗尽层的厚度有关，从而可以算出杂质浓度，如图示出了几种测量结构。 描述菲克第一定律, 给出扩散流密度的一维表达式, 并说明杂质在半导体中的扩散系数与什么因素有关? 杂质原子的扩散方式（两种） 简述两步扩散工艺过程及作用 考虑Si中的点缺陷, 说明B和P杂质在Si中的扩散机制. 什么是氧化增强扩散? 说明B和P的氧化增强扩散机理. 扩散工艺分类及其特点 什么是快速气相掺杂与气体浸没激光掺杂？说明他们各自的特点及二者的异同点。 第三章作业 ③ 杂质浓度梯度 任意位置x处的杂质浓度梯度 在p-n结处的杂质梯度为 杂质浓度梯度将随扩散结深的增加而减小。 P在硅中的扩散曲线 B在硅中的扩散曲线 3.3.3 两步扩散 实际的扩散温度一般为900-1200℃，在这个温度范围内，杂质在硅中的固溶度随温度变化不大，采用恒定表面源扩散很难通过改变温度来控制表面浓度，而且很难得到低表面浓度的杂质分布形式。 两步扩散：采用两种扩散结合的方式。 第一步称为预扩散或者预淀积：在较低温度下，采用恒定表面源扩散方式。在硅片表面扩散一层数量一定，按余误差函数形式分布的杂质。由于温度较低，且时间较短，杂质扩散的很浅，可认为杂质是均匀分布在一薄层内，目的是为了控制扩散杂质的数量。 第二步称为主扩散或者再分布：将由预扩散引入的杂质作为扩散源，在较高温度下进行扩散（有限表面源扩散）。主扩散的目的是为了控制表面浓度和扩散深度。 两步扩散后的杂质最终分布形式： D预t预D主t主，主扩散起决定作用，杂质基本按高斯函数分布。 3.4、影响杂质分布的其他因素 前面求解扩散方程时，作了一些理想化的假设，且影响杂质扩散的某些因素没有考虑，实际扩散杂质的分布与理论计算的结果有一定的差异，随着集成度的提高，器件尺寸越来越小，杂质扩散深度越来越浅，需要考虑影响杂质分布的其它因素。 硅中的点缺陷 杂质浓度对扩散系数的影响 氧化增强扩散 发射区推进效应 3.4.1 硅中的点缺陷 实验发现硅中杂质原子的扩散，除了与空位有关外，还与硅中其他类型的点缺陷有着密切的关系。 硅中的点缺陷分为三类： 替位缺陷：是指位于晶格位置上的杂质原子，用A表示。 空位缺陷：是指晶格位置上缺失一个硅原子，用V表示。 间隙类缺陷：包括自间隙缺陷和间隙原子团。 自间隙缺陷：硅晶格间隙位置上的硅