1、微電子加工，第4章，摻雜原理和技術，張道利教授，電子郵件：張-語音： 87542894，摻雜：在硅中摻雜一定量和種類的雜質并獲得精確的摻雜分布。摻雜應用：場效應晶體管：阱、柵極、源極/漏極、溝道等。BJT:基極、發(fā)射極、集電極等。p阱，4.1摻雜，基本概念：結深；薄層電阻；雜質溶解度)，4.1摻雜，目的：改變晶片的電學性質，實現(xiàn)器件和電路的縱向結構。方法：擴散、離子注入、合金化和中子嬗變。高溫擴散：直到20世紀70年代，雜質摻雜主要是通過高溫擴散完成的。雜質原子通過氣源或摻雜氧化物擴散或沉積在硅片表面，這些雜質的濃度會從表面到本體單調下降，而雜質分布主要由高溫和擴散時間決定。離子注入：摻雜離子

2、以離子束的形式注入半導體，雜質濃度在半導體中有一個峰值分布。雜質分布主要由離子質量和注入能量決定。擴散和離子注入都用于制造分立器件和集成電路，因為它們不是互補的，而是互補的。例如，擴散可用于形成深結，例如雙阱)；在互補金屬氧化物半導體中；離子注入可用于形成肖特基結，如金屬氧化物半導體場效應晶體管中的漏極和源極，4.1摻雜，4.1摻雜，摻雜分布示例，4.1摻雜，結深定義xj :當x=xj，Cx(擴散雜質濃度)=CB(體濃度)器件按k倍縮小，等電場要求xj減小k倍，同時增大。在現(xiàn)代COMS技術中，淺結和高摻雜同時滿足兩個方面的要求：4.1摻雜，8，薄層電阻RS(薄層電阻)，薄層電阻t，l，w，薄層

3、電阻定義為：4.1摻雜，阻斷時間，lw，RRS。因此，只要你知道一個摻雜區(qū)的平方電阻，你就知道整個摻雜區(qū)的電阻值。重要性：薄層電阻直接反映擴散到硅中的凈雜質總量。RS:在電流方向上具有正方形表面的半導體片的電阻。單位是/RS:正方形邊長是獨立的，4.1摻雜，物理意義：薄層電阻直接反映擴散到硅中的總凈雜質，Q電荷，載流子遷移率，N載流子濃度，假設所有雜質都被電離，載流子濃度n=雜質濃度N，那么，Q:正方形薄層中從表面到結邊界的每單位面積的總雜質，4.1摻雜，雜質固溶度，固溶度：在平衡條件下雜質可以溶解在硅中而不反應形成偏析相的最大濃度。固溶度超過固溶度的雜質可能形成電中性聚合物，這對摻雜區(qū)的自由

4、載流子沒有貢獻。4.1摻雜，砷在硅中的固溶度為：21021cm-3，可電激活的砷濃度為：21020cm-3，4.1摻雜，摻雜的雜質是電激活的，可提供所需的載流子，并使許多微結構和器件得以實現(xiàn)。摻雜的最大極限約為1021原子/立方厘米，最小極限為1013原子/立方厘米。4.1興奮劑。擴散原理擴散是微電子技術中最基本的平面工藝。在約1000的高溫下，在P型或N型雜質氣氛中，雜質擴散到襯底硅片的某個區(qū)域，達到一定濃度，從而實現(xiàn)半導體的局域化和定量摻雜，這也稱為熱擴散。固相擴散：擴散是一種自然現(xiàn)象，是由物質本身的熱運動引起的。微電子工藝中的擴散是雜質在晶體中的擴散，因此它是固相擴散。微觀擴散機制：晶內

5、擴散是通過一系列隨機跳躍實現(xiàn)的，這些跳躍在整個三維方向上以多種方式進行，其中最重要的是：間隙擴散；替代擴散；間隙填充-置換擴散，4.2擴散，間隙擴散，置換擴散，間隙擴散雜質：氧，金，鐵，銅，鎳，鋅，鎂，置換擴散雜質：砷，鋁，鎵，銻，鍺。取代原子的運動通常以附近的空位為前提，硼和磷通常用作取代擴散雜質。實際情況比較復雜，包括硅自填隙原子的作用，稱為填隙或推填擴散，4.2擴散，填隙輔助)，4.2推出或推填擴散，4.2擴散，4.2擴散，填隙擴散：金，銀，銅，鐵，鎳等。間隙原子必須穿過的勢壘高度約為0.6-1.2電子伏。跳躍概率與溫度有關。振動頻率為010131014/s，可快速擴散雜質。絕對溫度，玻爾茲曼常數(shù)，4.2擴散，在溫度下，單位晶體體積中的空位數(shù)出現(xiàn)在每個格點上。Es的躍遷幾率約為3 4 eV，是一種慢擴散雜質，替代擴散：硼、磷