VIΙ Γηεξγαζίεο Μίθξν & Ναλν-Ηιεθηξνληθήο Ινληηθή Γηάρπζε θαη Δκθύηεπζε

Transcript

1 VIΙ Γηεξγαζίεο Μίθξν & Ναλν-Ηιεθηξνληθήο Ινληηθή Γηάρπζε θαη Δκθύηεπζε Μάζεκα: Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά TT Σκήκα Μεραληθώλ Απηνκαηηζκνύ Σ.Δ.

2 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS I

3 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS II

4 Δηζαγσγή Πξνζκίμεσλ

5 Οη Βαζηθέο Γηεξγαζίεο Ομείδσζε ηνπ Si (Ξεξή θαη Τγξή) Δηζαγσγή πξνζκίμεσλ ηνπ Si ρεκαηνπνίεζε δνκώλ ζην Si Φσηνιηζνγξαθία Δλαπόζεζε Poly-Si Δλαπόζεζε Γηειεθηξηθώλ Δλαπόζεζε Μεηάιισλ Αλόπηεζε Υεκηθνκεραληθή Λείαλζε Δγράξαμε (Ξεξή θαη Τγξή)

6 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS I

7 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS II

8 Δηζαγσγή Πξνζκίμεσλ ζην Si I Δηζαγσγή Πξνζκίμεσλ Αύμεζε ηεο αγσγηκόηεηαο ηνπ Si Γεκηνπξγία ειεύζεξσλ ειεθηξνλίσλ (ηύπνπ n) ή νπώλ (ηύπνπ p) Ππόζμιξη ζηο Si Boron (B) Phosphorus (P) Arsenic (As) p n n Τύπορ ημιαγυγού 8 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

9 Γηαιπηόηεηα Τιηθώλ ζην Si I Γηαιπηόηεηα Τιηθώλ ζην Si Η ζπγθέληξσζε ησλ λνζεύζεσλ έηζη ώζηε λα κε δηαθξίλνληαη δηαθνξεηηθέο θάζεηο ηνπ πιηθνύ, ζε δηαθνξεηηθέο ζεξκνθξαζίεο πλήζε Τιηθά: As (Αξζεληθό) P (Φώζθνξνο) B (Βόξην) Sb Sn, 9 Ga, Al Γεκηνπξγία ειεύζεξσλ ειεθηξνλίσλ (n-type) Γεκηνπξγία ειεύζεξσλ ειεθηξνλίσλ (n-type) Γεκηνπξγία ειεύζεξσλ νπώλ (p-type) Figure 7-4

10 Γηαιπηόηεηα Τιηθώλ ζην Si I

11 Δηζαγσγή Πξνζκίμεσλ Γηάρπζε

12 Γηάρπζε Διάσςζη είλαη ε αλαθαηαλνκή αηόκσλ από πεξηνρέο πςειήο ζπγθέληξσζεο ζε πεξηνρέο ρακειόηεξεο ζπγθέληξσζεο. Δζσηεξηθή δηάρπζε όηαλ ε πςειή θαη ρακειή ζπγθέληξσζε είλαη εληόο ηνπ όγθνπ ηνπ πιηθνύ Δμσηεξηθή δηάρπζε όηαλ ε πςειή ζπγθέληξσζε είλαη εθηόο ηνπ όγθνπ ηνπ πιηθνύ πκβαίλεη ζε όιεο ηηο ζεξκνθξαζίεο, αιιά ε ηαρύηεηα ηνπ θαηλνκέλνπ έρεη εθζεηηθή εμάξηεζε από ηελ T. 12 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

13 Γηάρπζε Ιόλησλ από Δμσηεξηθή Πεγή αέξηα λόζεπζε πγξή λόζεπζε Υξεζηκνπνηεί ζαλ πεγή ηόλησλ θάπνην πιηθό ζε ζηεξεά, πγξή ή αέξηα κνξθή ζηεξεή λόζεπζε 13 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

14 ύζηεκα Γηάρπζεο 800 ο C < Τ < 1000 ο C Φνύξλνο Πεγή λνζεύζεσλ 14 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

15 Γηάρπζε από Δμσηεξηθέο Πεγέο Pre-deposition (dose control) Drive-in (profile control) 15 Το SiO2 σπηζιμοποιείηαι υρ μάζκα γηα λα πξνζηαηέςεη ηηο πεξηνρέο πνπ δελ ζέινπκε λα λνζεπηνύλ. Σν κείγκα ησλ λνζεύζεσλ, Ο2 θαη αδξαλνύο αεξίνπ (Ν2) πεξλά πάλσ από ηα wafer ζε θεπμοκπαζίερ 1000 o C (900 o C 1100 o C) εληόο ηνπ θνύξλνπ. Η ζπγθέληξσζε ησλ λνζεύζεσλ ζην αέξην είλαη απκεηή για να θηάζει ηο όπιο διαλςηόηηηαρ ηυν νοθεύζευν εληόο ηνπ Si ζηε ζπγθεθξηκέλε ζεξκνθξαζία (άπεηξε πνζόηεηα λνζεύζεσλ ζην αέξην). Οη λνζεύζεηο κπνξνύλ λα κπνπλ εληόο ηνπ αεξίνπ από ζηεξεέο (εμάρλσζε), πγξέο (αηκνί) ή αέξηεο πεγέο.

16 Πξνθίι Γηάρπζεο από Δμσηεξηθέο Πεγέο x 16 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

17 Υξήζε ηεο Γηάρπζεο από Δμσηεξηθέο Πεγέο ήκεξα Η λόζεπζε ηνπ ππξηηίνπ κέζσ δηάρπζεο από θάπνηα εμσηεξηθή πεγή ήηαλ ζην παξειζόλ ε θύξηα κέζνδνο λόζεπζεο ηνπ ππξηηίνπ θαηά ηηο δηεξγαζίεο CMOS. Αληηθαηαζηάζεθε από ηελ ηνληηθή εκθύηεπζε ιόγν ηνπ κεγαιύηεξνπ ειέγρνπ. Η δηάρπζε ηόλησλ από θάπνηα εμσηεξηθή πεγή, ρξεζηκνπνηείηαη ζήκεξα θπξίσο όηαλ ζέινπκε κεγάιε επηθάλεηα, καδηθή επεμεξγαζία θαη κηθξό θόζηνο π.ρ. θαηαζθεπή θσηνβνιηαηθώλ 17 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

18 Νόκνη ηεο Γηάρπζεο Ι Αλαθεξόκαζηε ζηελ ανακαηανομή ηυν νοθεύζευν από πεπιοσέρ ςτηλήρ ζςγκένηπυζηρ ζε πεπιοσέρ σαμηλήρ ζςγκένηπυζηρ π.ρ. Drive in από ην πξνεγνύκελν slide C F D x Ρνή (F) σο κεηαβνιή ηεο ζπγθέληξσζεο (C) όποσ D ζσνηελεζηής διάτσζης D D t x x x x 2 C F C C 2 18 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

19 Νόκνη ηεο Γηάρπζεο ΙΙ Δμίζσζε Fick C t D 2 C 2 x ην D=D(T) Ea D(T) D0 exp kt όποσ D 0 ζσνηελεζηής διάτσζης όηαν Τ=άπειρο και Εα είναι η ενέργεια ενεργοποίηζης 19

20 Δμσηεξηθή Γηάρπζε ηαζεξή πγθέληξσζε ζηελ Δπηθάλεηα Cx (,0) 0 C(0, t) C C(, t) 0 Οπιακέρ Σςνθήκερ S Αξρηθά δελ έρνπκε λόζεπζε Η ζπγθέληξσζε ζηελ πάλσ επηθάλεηα είλαη ζηαζεξή Η ζπγθέληξσζε ζηνλ θύξην όγθν ηνπ πιηθνύ είλαη 0 Σςνολικόρ Απιθμόρ Νοθεύζευν Q(t) C( x, t) dx 0 2 Q(t) CS Dt 1.13CS Dt ιύλνπκε ην λόκν ηνπ Fick C(x, t) x CS erfc 2 Dt 20 Αλλαγή C υρ ππορ x dc dx xt, C S Dt exp 2 x 4Dt

21 21 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

22 Δζσηεξηθή Γηάρπζε ηαζεξή πγθέληξσζε ζηελ Δπηθάλεηα

23 Δζσηεξηθή Γηάρπζε ηαζεξόο Αξηζκόο Ιόλησλ ζην Τιηθό Οπιακέρ Σςνθήκερ 0 C(x, t)dx C(, t) 0 S Αξρηθά έρνπκε λόζεπζε S αλά κνλάδα επηθάλεηαο Η ζπγθέληξσζε ζηνλ θύξην όγθν ηνπ πιηθνύ είλαη 0 ιύλνπκε ην λόκν ηνπ Fick 23 2 S x C(x, t) exp Dt 4Dt Αλλαγή C exp (x, t) dx 2 Dt 4Dt 2Dt 2 dc xs x x 3/2 C υρ ππορ x xt, dc x= 2Dt dx

24 Δζσηεξηθή Γηάρπζε ηαζεξόο Αξηζκόο Ιόλησλ ζην Τιηθό

25 ύγθξηζε ηνπ πξνθίι εκθύηεπζεο ζηηο 2 πεξηπηώζεηο Σηαθεπό C Σηαθεπό S

26 Δηζαγσγή Πξνζκίμεσλ Ινληηθή Δκθύηεπζε

27 Ινληηθόο Δκθπηεπηήο Η ηνληηθή εκθύηεπζε είλαη ε θύξηα κέζνδνο λόζεπζεο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζήκεξα Σέιεηνο έιεγρνο ηεο δόζεο ησλ ηόλησλ Καιόο έιεγρνο ηνπ βάζνπο εκθύηεπζεο αλαιόγσο ηελ ελέξγεηα εκθύηεπζεο (KeV εώο MeV) Δπηδηόξζσζε ηεο βιάβεο ηνπ θξπζηάιινπ κέζσ αλόπηεζεο (annealing) Δλεξγνπνίεζε ησλ λνζεύζεσλ κέζσ αλόπηεζεο (annealing) Ιόνηα ζηοιβάδας ΙΙΙ ή V 27 Σν annealing νδεγεί ζε δηάρπζε θαη άξα αζάθεηα ζην βάζνο ηεο εκθύηεπζεο Σάζε γηα κηθξόηεξνπο ρξόλνπο annealing

28 Ινληηθόο Δκθπηεπηήο Γηάηαμε εκθπηεπηή ηόλησλ BF 3 AsH Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

29 Ινληηθή Δκθύηεπζε Πξνθίι πγθέληξσζεο Ιόλησλ Ι πγθέληξσζε ησλ πξνζκίμεσλ κεηά ηελ εκθύηεπζε S nx ( ) exp p 2 x R 2 p 2 2 p Δόζη 29 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

30

31 Ινληηθή Δκθύηεπζε Πξνθίι πγθέληξσζεο Ιόλησλ ΙΙ 2 Μεραληζκνί Απώιεηαο Δλέξγεηαο πγθξνύζεηο κε ηα ηόληα ηνπ πιέγκαηνο Αιιειεπηδξάζεηο Coulomb κε ην ειεθηξνληαθό λέθνο S ( ) n E S n (E) S e (E) Μέζνο ξπζκόο απώιεηαο ελέξγεηαο R de S n( E) S e( E ) dx R E0 de dx 0 0 S ( E) S ( E) n e S e ( E) k k e =10 7 (ev) 1/2 /cm for Si e E S ( ) e E

32 Ινληηθή Δκθύηεπζε Πξνθίι πγθέληξσζεο Ιόλησλ ΙΙΙ Si R p p R 1 (M / 3M ) 2 3 M 2 1 M 1 2 M M 1 2 R p πγθέληξσζε θαηά βάζνο ηνπ Si S nx ( ) exp p 2 x R 2 2 p 2 p 32

33 Ινληηθή Δκθύηεπζε Πξνθίι πγθέληξσζεο Ιόλησλ ΙV Φαινόμενο Channeling Si Όηαλ ε γσλία εκθύηεπζεο ηαπηίδεηαη ή είλαη παξόκνηα κε ηελ θξπζηαιινγξαθηθή δηεύζπλζε (απόθιηζε < 10 ν ) ηόηε ηα πξνζπίπηνληα ηόληα επζπγξακκίδνληαη κε ηελ θξπζηαιινγξαθηθή δηεύζπλζε θαη θαζνδεγνύληαη κέζα από απηό ην θαλάιη ζε κεγαιύηεξν βάζνο. Γηα απηό ην ιόγν ε θαηαλνκή δελ είλαη αθξηβώο Gaussian αιιά έρεη κία εθζεηηθά απνζβελνύκελε νπξά. 33

34 Δπίδξαζε ζην Κξπζηαιιηθό Πιέγκα Καηά ηε ζύγθξνπζε ηεο ηνληηθήο δέζκεο κε ηα άηνκα Si ηνπ πιέγκαηνο, απηή ακνξθνπνηεί ηε ζπγθεθξηκέλε πεξηνρή 34 Αμορθοποιημένο Si μεηά από εμθύηεσζη με Ga +

35 Δλεξγνπνίεζε Φνξέσλ Δμαηηίαο: ηεο ακνξθνπνηεκέλεο πεξηνρήο Si ηεο αλαγθαίαο ελεξγνπνίεζεο ησλ θνξέσλ (ηνπνζέηεζε ηόλησλ ζηηο ζέζεηο πιέγκαηνο θαη απνδέζκεπζε e - /h + ) Σςνθήκερ Εμθύηεςζηρ Αναγκαία κάποια ανόπηηζη (annealing) Σςνθήκερ Ενεπγοποίηζηρ 35 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

36 Άζθεζε 2 Δθθώλεζε Πεξηγξαθή I. Τπνζέζηε όηη εκθπηεύνπκε ηόληα βνξίνπ (Β + ) ζε wafer 200mm κε ελέξγεηα 100 KeV. Τπνινγίζηε ηε κέγηζηε ζπγθέληξσζε II. Τπνινγίζηε ην ξεύκα ηεο εκθύηεπζεο αλ ε δόζε ηεο εκθύηεπζεο είλαη ηόληα/cm 2 36 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

37 Άζθεζε 2 Λύζε 37 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

38 Ινληηθή Γηάρπζε VS Ινληηθή Δκθύηεπζε

39 Γηάρπζε VS Δκθύηεπζε I Γηάρπζε Δκθύηεπζε x x 39

40 Μειονεκηήμαηα Πλεονεκηήμαηα Γηάρπζε VS Δκθύηεπζε I 40 Δκθύηεπζε + Annealing Θεξκνθξαζία Γσκαηίνπ Αθξηβήο έιεγρνο ηεο δόζεο Γόζε από αηνκα / cm 2 Αθξηβήο έιεγρνο ηνπ βάζνπο Η θαηαζηξνθή ηνπ πιέγκαηνο εληζρύεη ηε δηάρπζε Οη αηέιεηεο κπνξεί λα νδεγήζνπλ ζε δηαξξνέο κέζσ ησλ επαθώλ Σν θαηλόκελν channeling κπνξεί λα επεξεάζεη ην πξνθίι ηεο εκθύηεπζεο Γηάρπζε Γελ θαηαζηξέθεηαη ε θξπζηαιιηθή δνκή Μαδηθή παξαγσγή Πεξηνξίδεηαη από ηε δηαιπηόηεηα ηνπ ζηεξενύ Τςειή ζπγθέληξσζε ζηελ επηθάλεηα. Η κείσζή ηεο επηηπγράλεηαη κε κεγάιν drive in Γπζθνιία ζηηο κηθξέο δόζεηο

41 VIΙ Γηεξγαζίεο Μίθξν & Ναλν-Ηιεθηξνληθήο Ινληηθή Γηάρπζε θαη Δκθύηεπζε Σέινο γηα ζήκεξα Νανοηλεκηπονική Τεσνολογία Θευπία: Γεπηέξα, 09:00 12:00 Επγαζηήπιο: Σξίηε, 09:00 11:00 41 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο