西安交通大学：《半导体制造技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十一章 掺杂

半导体制造技术 西安交通大学微电子技术教研室 第十一章

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda 半导体制造技术 西安交通大学微电子技术教研室 第十一章 掺 杂

目标 通过本章的学习,将能够: 1.解释掺杂在芯片制造过程中的目的和应用; 2.讨论杂质扩散的原理和过程; 3.对离子注入有一个总体认识,包括它的优缺点; 4.讨论剂量和射程在离子注入中的重要性; 5.列举并描述离子注入机的5各主要子系统; 6.解释离子注入中的退火效应和沟道效应; 7.描述离子注入的各种应用。 半导体制造技术 by michael Quirk and Julian Serda 电信学院微电子教研室

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda 目 标 通过本章的学习，将能够： 1. 解释掺杂在芯片制造过程中的目的和应用； 2. 讨论杂质扩散的原理和过程； 3. 对离子注入有一个总体认识，包括它的优缺点； 4. 讨论剂量和射程在离子注入中的重要性； 5. 列举并描述离子注入机的5各主要子系统； 6. 解释离子注入中的退火效应和沟道效应； 7. 描述离子注入的各种应用

半导体制造常用杂质 受主杂质 半导体 施主杂质 IIA IVA P-Type) (N-Type) 元素 原子序 数 元素 原子序数 元素 原子序数 Boron(b) Carbon(c) 6 Nitrogen(N) 7 Aluminum(Al) 13 Silicon(Si) 14 Phosphorus(P) 15 Gallium(Ga) 31 Germanium 32 Arsenic(As) 33 Indium(In) 49 Tin(Sn) 50 Antimony(sb) 51 表17.1 半导体制造技术 by michael Quirk and Julian Serda 电信学院微电子教研室

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda 半导体制造常用杂质 受主杂质 IIIA (P-Type) 半导体 IVA 施主杂质 VA (N-Type) 元素 原子序 数 元素 原子序数 元素 原子序数 Boron (B) 5 Carbon(C) 6 Nitrogen(N) 7 Aluminum(Al) 13 Silicon (Si) 14 Phosphorus (P) 15 Gallium(Ga) 31 Germanium 32 Arsenic (As) 33 Indium(In) 49 Tin(Sn) 50 Antimony(Sb) 51 表 17.1

具有掺杂区的CMOS结构 P沟道晶体管 N-沟道晶体管 心① STI STI STI/P -well Gr--p-well Bp外延层 p+硅衬底 半导体制造技术 by michael Quirk and Julian Serda Figure 17.1 电信学院微电子教研室

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda 具有掺杂区的CMOS结构 P-沟道晶体管 N-沟道晶体管 LI oxide p – 外延层 p + 硅衬底 n STI STI STI + p + n-well p-well p + p – p + p – p + n + n – n + n – n + A B C E F D G H M K L I J N O n + n n ++ p + p p ++ Figure 17.1

cMoS制作中的一般掺杂工艺 工艺步骤 杂质掺杂方式 A.p+硅衬底 B Diffusi B.p外延层 B Diffusion C.倒掺杂n阱 lon Implant D.倒掺杂p阱 B lon Implant E.p沟道器件穿通 lon Implant F.p-沟道阈值电压(Vr)调整 P lon Implant 沟道器件穿通 B Ion Implant H.n-沟道阈值电压(Vr)调整 B lon Implant I.n沟道器件轻掺杂漏区①LDD) As Ion Implant J.n沟道器件源漏区(S/D) As lon Implant K.p-沟道器件(LDD) BFo Ion Implant L.p-沟道器件源漏区(S①) BF2 Ion Implant M硅 Ion implant N.多晶硅 Por B lon Implant Diffi O.SiO2掺杂 lon Implant P or B or Diffusion 半导体制造技术 Table 17.2 by michael Quirk and Julian Serda 电信学院微电子教研室

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda CMOS 制作中的一般掺杂工艺 工艺步骤 杂质 掺杂方式 A. p+ 硅衬底 B Diffusion B. p- 外延层 B Diffusion C. 倒掺杂 n 阱 P Ion Implant D. 倒掺杂 p 阱 B Ion Implant E. p-沟道器件穿通 P Ion Implant F. p-沟道阈值电压（VT）调整 P Ion Implant G. n-沟道器件穿通 B Ion Implant H. n-沟道阈值电压（VT）调整 B Ion Implant I. n 沟道器件轻掺杂漏区(LDD) As Ion Implant J. n-沟道器件源漏区 (S/D) As Ion Implant K. p-沟道器件（ LDD） BF2 Ion Implant L. p-沟道器件源漏区（S/D） BF2 Ion Implant M.硅 Si Ion Implant N. 多晶硅 P or B Ion Implant or Diffusion O. SiO2 掺杂 P or B Ion Implant or Diffusion Table 17.2

硅片中的掺杂区 掺杂气体 氧化硅散区影 氧化硅 p硅衬底 半导体制造技术 Figure 17.3 by michael Quirk and Julian Serda 电信学院微电子教研室

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda 硅片中的掺杂区 氧化硅 氧化硅 p + 硅衬底 掺杂气体 N 扩散区 Figure 17.3

扩散 扩散原理 三个步骤 预淀积 推进 激活 掺杂剂移动 固溶度 横向扩散 扩散工艺 硅片清洗 杂质源 半导体制造技术 by michael Quirk and Julian Serda 电信学院微电子教研室

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda 扩 散 • 扩散原理 – 三个步骤 • 预淀积 • 推进 • 激活 – 掺杂剂移动 – 固溶度 – 横向扩散 • 扩散工艺 – 硅片清洗 – 杂质源

扩散的概念 扩散是一种自然界及以发生的现象,扩散的发生 需要两个必要的条件:浓度差;过程所必须得能 掺杂区和结的扩散形成 扩散炉管 杂质 气流 之e题 ◆◆◆+◆◆ =P型杂质原子 N型杂质原子 半导体制造技术 by michael Quirk and Julian Serda 电信学院微电子教研室

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda 扩散的概念 • 扩散是一种自然界及以发生的现象，扩散的发生 需要两个必要的条件：浓度差；过程所必须得能 量。 • 掺杂区和结的扩散形成 杂质 气流 扩散炉管 + = P 杂质原子 型 - = N 杂质原子 型

扩散后的晶园剖面图 AWWM +◆◆ 半导体制造技术 by michael Quirk and Julian Serda 电信学院微电子教研室

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda 扩散后的晶园剖面图

硅中的杂质扩散 杂质 SiHSihSi 空位 Si a)硅晶体结构 b)替代扩散 在间隙位 置的杂质 在间隙位置被 转移的硅原子 Si c)机械的间隙转移 d)间隙扩散 半导体制造技术 Figure 17.4 by michael Quirk and Julian Serda 电信学院微电子教研室

电信学院 微电子教研室 半导体制造技术 by Michael Quirk and Julian Serda 硅中的杂质扩散 在间隙位置被 转移的硅原子 Si Si Si Si Si Si Si Si Si c) 机械的间隙转移 Si Si Si Si Si Si Si Si Si a) 硅晶体结构 b) 替代扩散 Si Si Si Si Si Si Si Si 空位 杂质 d) 间隙扩散 Si Si Si Si Si Si Si Si Si 在间隙位 置的杂质 Figure 17.4