集成電路中怎樣實(shí)現(xiàn)摻雜

1、載氣集成電路中怎樣實(shí)現(xiàn)摻雜袁小容一集成電路工藝中摻雜集成電路制造工藝中的摻雜是指將一定數(shù)量的某種雜質(zhì)(如m價元素硼或v價元素磷、 砷等)摻入半導(dǎo)體襯底中，以改變電學(xué)性能，并使摻入的雜質(zhì)數(shù)量、分布形式和深度等都滿 足要求。例如，在N型襯底上摻硼，可以使原先的N型襯底電子濃度變小，或使N型襯底改 變?yōu)镻型；如果在N型襯底表面摻磷，可以提高襯底的表面雜質(zhì)濃度。對于？型襯底，如果 摻入一定濃度的V元素，將使原先的P型襯底空穴濃度變化，或使P型襯底改變?yōu)镹型。同 樣，如果在P型襯底表面摻硼，將提高P型襯底的表面濃度。二摻雜分類2.1擴(kuò)散固態(tài)源擴(kuò)散固態(tài)源擴(kuò)散按擴(kuò)散系統(tǒng)分類，包括開管擴(kuò)散、箱法擴(kuò)散和涂源擴(kuò)散

2、等。 另一種擴(kuò)散系統(tǒng)一一閉管擴(kuò)散目前很少采用。開管擴(kuò)散系統(tǒng)如圖2-1所示。先把雜質(zhì)源放在坩堝中，坩堝材質(zhì)可以是石英或者鉑。硅 晶片放在石英舟上。再把放有雜質(zhì)源的坩堝和放有硅片的石英舟相隔一定距離放在擴(kuò)散爐管 內(nèi)，放有雜質(zhì)源的坩堝在氣流的上游。通過惰性氣體把雜質(zhì)源蒸汽輸運(yùn)到硅片表面。在擴(kuò)散 溫度下雜質(zhì)的化合物與硅發(fā)生反應(yīng)生成單質(zhì)的雜質(zhì)原子，并向硅晶片內(nèi)擴(kuò)散。如果雜質(zhì)源的 蒸汽壓很高，一般采用兩段爐溫法，即將擴(kuò)散爐分為低溫區(qū)和高溫區(qū)，雜質(zhì)源放在低溫區(qū)， 雜質(zhì)向硅片內(nèi)擴(kuò)散則在高溫區(qū)。 廠船接排風(fēng)口源和坩堝石英管箱法擴(kuò)散是把雜質(zhì)源和硅晶片裝在由石英或者硅做成的箱內(nèi)，在氮?dú)饣驓鍤獾谋Ｗo(hù)下進(jìn) 行擴(kuò)散。為了

3、保持箱內(nèi)雜質(zhì)源蒸氣壓的恒定，防止雜質(zhì)源大量外泄，要求箱子具有密閉性。 由于氧化物雜質(zhì)源的吸水性較強(qiáng)，在擴(kuò)散之前要進(jìn)行脫水處理，即由惰性氣體在一定溫度下 進(jìn)行一定時間的熱處理。涂源法擴(kuò)散是把溶于溶劑的雜質(zhì)源直接涂在待擴(kuò)散的硅片表面，在高溫下由惰性氣體保 護(hù)進(jìn)行擴(kuò)散。這種擴(kuò)散方法的表面濃度難以控制且不均勻。液態(tài)源擴(kuò)散液態(tài)源一般都是雜質(zhì)的化合物。載氣(通常是氮?dú)?通過源瓶，把雜質(zhì)源蒸氣帶入擴(kuò)散爐管內(nèi)，在高溫下雜質(zhì)化合物與硅反應(yīng)釋放出雜質(zhì)原子。或者化合物先分 解產(chǎn)生雜質(zhì)的氧化物，氧化物再與硅反應(yīng)釋放出雜質(zhì)原子。（3）氣態(tài)源擴(kuò)散氣態(tài)源擴(kuò)散是一種臂液態(tài)源更為反方便的擴(kuò)散方法。進(jìn)入擴(kuò)散爐內(nèi)的 氣體，除了氣態(tài)

4、雜質(zhì)源外，有時還需要通入稀釋氣體或者是氣態(tài)雜質(zhì)源進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需要 的氣體。氣態(tài)雜質(zhì)源一般先在硅表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成摻雜氧化層，雜質(zhì)再由氧化層向硅晶 片中擴(kuò)散。2.2離子注入摻雜技術(shù)離子注入是另一種摻雜工藝，它在很多方面都優(yōu)于擴(kuò)散方法?，F(xiàn)在，集成電路制造的多 道摻雜工序都采用離子注入技術(shù)，如隔離工序中防止寄生溝道的溝道截?cái)?、調(diào)整閾值電壓的 溝道摻雜、CMOS阱的形成及源漏區(qū)的注入等主要工序都是靠離子注入來完成的。離子注入系統(tǒng)簡介離子注入系統(tǒng)的原理示意圖如圖2-2所示：圖2-2離子注入設(shè)備的示意圖離子注入原理高能離子射入靶（襯底）后，不斷與襯底中的原子核及核外電子碰撞，能量逐步損失， 最后停下來

5、，每個離子停下來的位置是隨機(jī)的，大部分不在晶格上，因而沒有電活性。離子注入單晶后的運(yùn)動情況主要可以分為兩種：一是沿晶軸方向的運(yùn)動，雜質(zhì)離子在晶 格空隙中穿行，它只受到電子散射，其運(yùn)動方向基本不會改變，就像在“溝道”中運(yùn)行一樣， 這種離子可以走得很遠(yuǎn)，通常稱之為溝道離子。另一類離子的運(yùn)動方向則遠(yuǎn)離晶軸，它們通 常會與晶格上的原子核碰撞，因此射程較短。為了減小溝道離子的數(shù)目，一般在注入時使離 子束與晶體主軸方向偏離710，這時的襯底與非晶靶類似，通常不存在離子溝道。理 論計(jì)算表明，離子注入到無定形靶中的雜質(zhì)分布為高斯分布。退火退火也叫熱處理，集成電路工藝中在氮?dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)行的所有熱處理過程都

6、可以 稱為退火。由于離子注入后會在襯底中形成損傷，而且大部分注入的離子并不是以替位的形式位于 晶格上，為了激活注入到襯底中的雜質(zhì)離子（使不在晶格位置上的離子運(yùn)動到晶格位置，以 便具有電活性，產(chǎn)生自由載流子，起到雜質(zhì)的作用），并消除半導(dǎo)體襯底中的損傷，需要對 離子注入后的硅片進(jìn)行退火。退火的方式有很多種，最早采用也是最方便的方式是爐退火。但由于爐退火存在很多弊 端，為此，近年來發(fā)展了很多快速退火工藝。在現(xiàn)代集成電路工藝中，快速退火技術(shù)已經(jīng)在 很多工序中逐步取代爐退火。三結(jié)論當(dāng)今時代，集成電路已運(yùn)用到生活中的各個領(lǐng)域。對于大學(xué)生的我們來說，應(yīng)該充分了 解它在各個方面的作用，以及作用原理。摻雜的目的是改變電學(xué)性能，我們應(yīng)該了解