2004年06月02日

Nch S/D Impla

修正版

さて、今回もいきなり続きである。

前回、Nch S/DのPhoto工程まで終わり、ResistによるMaskingまで構築されている。以下の図を見てもらおう。

NchS/DImpla

ステップ1で全面にインプラする。このときのソースは当然P(リン)である。昔はAs(ヒ素)を使ったりもしたが、今はほとんどがP(リン)であろう。でも、ごく最近は知らない。

ちなみに、ここでは一般的な非常にBasicなプロセスをとりあえず説明しているので、DDD(Double Diffused Drain)とかLDD(Lightly Doped Drain)のようなJunction耐圧対策のDrain構造は説明しない(そのうち説明するとは思うが)。DDD、LDDなどのような場合、P(リン)とAs(ヒ素)を両方使ったりもするから、一概に今はAs(ヒ素)は使わないとはいえないんだけどね。

そして、このときのインプラは前にインプラの原理のところで説明したように、High CurrentのImpla装置を使う。だいたいドーズ量にして、10の15乗オーダーのインプラをするためにたくさんの量を短時間でドバーっと打てるように大電流の装置を使うのだ。

基板側の濃度としては10の18乗ぐらいになるようにする。これは、キャリアのソース(供給源)として濃い濃度が必要で、かつ最終的にAlなどの電極とContact(電気的接触)をとるために高濃度が必要ということだ。単位はions/cm3だ。参考までに言うと、インプラドーズ量の場合単位はions/□てなかたちになり、□はcm2みたいなものと思っていればよい。ある一定のインプラ面積にイオンが何個っていう意味。だから、Impla Dosageと基板濃度はイコールではない。ここも初心者にはいまいちぴんと来ないところだろう。

この濃度の理屈に関しては、重要な式があって、

np=ni2

こういうのがある。nは電子のキャリア密度でN型の不純物の濃度と同じと思えばよい。pはHoleのキャリア密度でP型の不純物濃度と同じ。niは真性半導体のキャリア密度でだいたい1.5x10の10乗である。

この式は、電子とHoleのキャリア密度を掛け算すると真性半導体のキャリア密度であるniの2乗と等しいということ。niは定数だから、結局npは一定ということになる。だから例えImplaでいっぱい打っても、キャリア密度は10の20乗を超えることはない。今回の場合で言えば、P(リン)のドーズ量を上げても基板側の濃度としては10の20乗が限界ってことになるわけ。

そうこうしているうちにステップ2になる。これでめでたくインプラまで終了。このときのImplaではS/D部分のポリシリコン酸化の時の酸化膜がImplaのプロテクト膜として働いている。

Implaの後には、原子が入り込んで乱れたり傷ついた結晶格子などを直したり、不純物原子がちゃんと電気的になじむようにアニールってのが必要で、それをこの後行う。熱処理をしないとただのP(リン)の邪魔者でキャリアとして働く電子のドーパント(半導体として機能する不純物)にはならないわけだ。今までのImplaではWell Implaにしても、Field Implaにしてもその直後にWell拡散だとかField酸化という結果的にAnealの熱処理になるものがあったので、特別にAnealする必要はなかったわけ。

この後アニールに入るわけだが、普通インプラ後のアニールは800℃以上で行わないといけない。でも、あんまり高い温度で行うと、今まで入れてあるWellなどの濃度プロファイルが変わってしまうので、S/Dアニールのような工程では800℃ぴったりぐらいで行う。

インプラ後のアニールなら、この後Pch S/D Implaが終わった後にいっぺんにやればいいじゃん、なんて声も聞こえてきそうだが、そうは問屋が卸さない。B(ボロン)とP(リン)ではBのほうが拡散しやすいので同じ熱処理を加えてしまうと、Pch側のS/Dが余計に広がりすぎ、濃度プロファイルも薄くなってしまうのだ。

アニールが終わるとステップ3のようになる。ちゃんとS/D領域がN+として広がってできているのがわかる。

次はPch S/Dのプロセスだ。次回に続く。
posted by ピッコロ大魔王 at 15:07| Comment(0) | TrackBack(0) | Impla | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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