半导体制造工艺之扩散原理概述 46页.ppt

半导体制造工艺基础 第六章 扩散原理 ( 下 ) 31 ? 四探针薄层电阻测量 四根探针的四个针尖都保持在一 条直线上（ linear ），并以等压力 压在半导体样品表面。 1 和 4 称为 电流探针，由稳压电源恒电流供 电； 3 和 4 称为电位探针，测量这 两个探针之间的电位差 I V I V x R x I V j s j 53 . 4 2 ln 2 ln ? ? ? ? ? ? ? ? V I t S S S S t 时成立！ 1 4 3 2 半导体制造工艺基础 第六章 扩散原理 ( 下 ) 32 ? 结深测量 ? 磨角染色法（ bevel and stain ） ? pn 结显示技术：不同导电类型的区域，由于电 化学势不同，经染色后显示出不同颜色。 ? 常用染色液： HF 与 0 ? 1 ％ HNO 3 的混合液，使 p 区的显示的颜色比 n 区深。 Bevel x j ? ? 半导体制造工艺基础 第六章 扩散原理 ( 下 ) 33 ? 掺杂分布测量 ? C － V 测量（ Capacitance- Voltage Measurement ） 测量结的反偏电容和电压的关系 可以测得扩散层的掺杂分布。 V R 1/ C 2 对于均匀掺杂的单边突变结，结电 容由下式给出： ? s 硅的介电常数 ; N B 衬底掺杂浓度 V bi 结的内建势 ; V R 反偏电压 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q kT V V N q A V C R bi B s 2 2 0 ? ? ? ? dV C d q A W N s ? ? ? ? ? ? ? ? 2 0 2 1 2 ? ? 半导体制造工艺基础 第六章 扩散原理 ( 下 ) 34 ? 二次离子质谱（ Secondary Ion Mass Spectroscopy, SIMS ） 用高能离子束轰击样品，使 其产生正负二次离子，将这 些二次离子引入质谱仪进行 分析，再由检测系统收集， 据此识别样品的组分。 Mass Spec Detector Sputter Gun 半导体制造工艺基础 第六章 扩散原理 ( 下 ) 1 上节课主要内容 1 、掺杂工艺一般分为 哪两步？结深？薄层电 阻？固溶度？ 2 、两种特殊条件下的费 克定律的解及其特点？ 特征扩散长度？ 预淀积＋退火。预淀积：气固相预淀积 扩散或离子注入。 Rs ：表面为正方形的 半导体薄层（结深），在平行电流方向 所呈现的电阻，单位为 / ，反映扩散 入硅内部的净杂质总量。固溶度：在平 衡条件下，杂质能溶解在硅中而不发生 反应形成分凝相的最大浓度。 表面浓度恒定，余误差函数分布 (erfc) 。 随时间变化：杂质总量增加，扩散深度 增加 杂质总量恒定，高斯函数 / 正态分布 ? ? ? ? ? ? ? ? ? Dt x C t x C s 2 erfc , ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Dt x Dt Q t x C T 4 exp , 2 ? 半导体制造工艺基础 第六章 扩散原理 ( 下 ) 2 如何判断对费克定律应用何种解析解？ ? 当表面浓度为固溶度时，意味着该分布是余误差分布 ? 当表面浓度较低时，意味着该分布是经过长时间的推进 过程，是高斯分布。 费克定律解析解的应用 本征扩散时，理想边界条件下的解。实际情况需要修正，如： ? 高浓度 ? 电场效应 ? 杂质分凝 ? 点缺陷 ? … 半导体制造工艺基础 第六章 扩散原理 ( 下 ) 3 例题： CMOS 中的 p 阱的形成。要求表面浓度 C s =4x10 17 cm -3 ， 结深 x j =3 m m 。 已知衬底浓度为 C B =1 × 10 15 cm 3 。 设计该工艺过程。 离子注入 ＋ 退火 半导体制造工艺基础 第六章 扩散原理 ( 下 ) 4 假定推进退火获得的结深，则根据 该数值为推进扩散的“ 热预算 ”。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Dt x Dt Q t x C 4 exp , 2 ? ? ? 2 9 15 17 2 4 2 c m 10 7 . 3 10 10 4 l n 4 10 3 l n 4 ? ? ? ? ?