半导体制造技术离子注入工艺.pptx

Chapter 8离子注入目标至少列出三种最常使用的掺杂物辨认出至少三种掺杂区域描述离子注入的优点描述离子注入机的主要部分解释通道效应离子种类和离子能量的关系解释后注入退火辨认安全上的危害离子注入简介安全性硬件制程概要材料测试金属化晶圆光刻加热制程介电质沉积封装光罩最终测试设计晶圆制造流程图IC生产厂房化学机械研磨蚀刻与光阻剥除离子注入与光阻剥除简介: 掺杂半导体什么是半导体?为什么半导体需要被掺杂?什么是n型掺杂物?什么是p型掺杂物?简介掺杂半导体两种掺杂的方法扩散离子注入离子注入的其他应用掺杂半导体：扩散等向性制程无法单独控制掺杂物的轮廓和掺杂物的浓度在1970年代中期以后被离子注入取代.掺杂半导体：扩散最先用来掺杂半导体在高温炉中完成使用二氧化硅光罩仍然使用在掺杂物驱入(drive-in)在超浅接面形成的应用沉积掺杂氧化层沉积掺杂氧化层二氧化硅硅基片氧化二氧化硅硅基片驱入二氧化硅掺杂接面硅基片剥除和清洗二氧化硅掺杂接面硅基片掺杂半导体：离子注入用在原子和核的研究1950年代观念便已被提出在1970年代中期才被引进到半导体制造.掺杂半导体：离子注入单独控制掺杂物轮廓(离子能量)和掺杂物浓度(离子束的电流和注入的时间组合控制)非等向性掺杂物轮廓容易达到重掺杂物(如：磷和砷)的高浓度掺杂.栅极的对准失误栅极氧化层金属匣极金属匣极p+ S/Dp+ S/Dn-型硅n-型硅对准的对准失误的离子注入：磷P+二氧化硅多晶硅n+n+P型硅离子注入和扩散的比较掺杂区域二氧化硅光阻硅硅接面深度离子注入扩散离子注入和扩散的比较离子注入控制离子束电流和注入时间控制掺杂物的浓度离子能量控制接面深度掺杂物浓度是非等向性离子注入的应用其他的应用氧离子注入为了硅覆盖绝缘层(SOI)组件锗预先非晶化注入在钛薄膜为较好的退火锗预先非晶化注入在硅基片做为轮廓控制…...阻滞机制离子贯穿进入基片和晶格原子发生碰撞逐渐失去能量，最后停在基片里面有两种阻滞机制两种阻滞机制原子核阻滞与晶格原子的原子核碰撞引起明显的散射造成晶体结构的混乱和损害.电子阻滞和晶格原子的电子产生碰撞入射离子路径几乎是不变的能量的转换非常的小晶格结构的损害可以忽略阻滞机制总阻滞力Stotal = Sn + SeSn:原子核阻滞,Se:电子阻滞低能量, 高原子序的离子注入：主要是原子核阻滞高能量, 低原子序的离子注入：主要是电子阻滞阻滞机制离子随机碰撞 (S=Sn+Se)通道式 (S?Se)背向散射 (S?Sn)阻滞功率与离子速度IIIIII原子核阻滞阻滞功率电子阻滞离子的速度离子轨迹和投影射程真空基片碰撞离子的轨迹离子束投影射程至表面的距离投影射程ln(浓度)投影射程基片表面从表面算起的深度硅中掺杂离子的投影射程1.000PB0.100投影射程 (mm)AsSb0.010101001000注入能量 (keV)200keV掺杂离子所需的阻挡层厚度1.201.00B0.800.60P遮蔽层厚度 (微米)0.40As0.20Sb0.00光阻(PR)硅(Si)氮化硅(Si3N4)铝(Al)二氧化硅(SiO2)注入制程：通道效应如果入射角度正确, 离子可以不与晶格离子碰撞且行进一个很长的距离引起一个不是想得到的掺杂物分部轮廓多数的碰撞非常少的碰撞通道效应晶格原子通道离子碰撞离子q晶圆表面碰撞后的通道效应碰撞的通道的碰撞的 q晶圆表面碰撞后的通道效应碰撞通道碰撞掺杂物浓度到表面的距离注入制程：通道效应避免通道效应的方法晶圆倾斜, 通常倾斜角度是7°屏蔽氧化层硅或锗的非晶态注入制程阴影效应离子被结构阻挡藉旋转晶圆或在注入后退火期间的小量掺杂物扩散解决阴影效应阴影效应离子束多晶硅掺杂区基片阴影区阴影效应退火及扩散之后多晶硅掺杂区基片问与答为什么人们不试着应用通道效应以不是很高的离子能量来形成很深的掺杂接面?离子束并非完美的平行，许多离子在穿入基片之后立刻会和晶格原子发生许多的原子核碰撞。一部分的离子可以沿着通道深入基片，而很多其他离子则被阻滞成常态的高斯分佈.损害制程注入的离子转移能量给晶格原子原子从晶格的束缚能释放出来释放出来的原子和其他的晶格原子碰撞晶格原子释放成自由原子数增多损害会持续发生直到所有的自由原子停止一个高能量的离子可以导致数千个晶格原子的偏离位置由单一离子造成的损伤轻离子损伤区重离子单晶硅注入制程：损伤离子和晶格原子碰撞并且将晶格原子敲离开晶格的束缚基片的注入区变成非晶态结构注入后注入前注入制程：退火掺杂物原子必须在单晶体晶格位置且和四个硅原子产生键结，能够有效的提供电子(donor, N-type)或是电洞(acceptor,P-type)从高温获得的热能，帮助非晶态原子复原成单晶体结构热退火掺杂物原子晶格原子热退火晶格原子掺杂物原子热退火掺杂物原子晶格原子热退火掺杂物原子晶格原子热退火掺