激光誘導(dǎo)擴(kuò)散中非均勻場(chǎng)擴(kuò)散理論研究.pdf

1、激光誘導(dǎo)擴(kuò)散是用聚焦的激光束局域加熱半導(dǎo)體基片，將雜質(zhì)以擴(kuò)散的方式摻入到特定區(qū)域并且達(dá)到一定要求的一種技術(shù)，具有“低溫處理”、“直接寫入”、“局域升溫”等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可有效解決單片光電集成器件（OEICs）中光、電兩部分的工藝兼容這一難題。
　　激光誘導(dǎo)擴(kuò)散過(guò)程中，基片的熱物理特性、擴(kuò)散源的擴(kuò)散機(jī)理、激光束的功率大小和擴(kuò)散時(shí)間以及光束的聚焦?fàn)顩r等等，都會(huì)對(duì)擴(kuò)散結(jié)果產(chǎn)生重要的影響，而擴(kuò)散層的雜質(zhì)分布情況將直接決定器件的性能指標(biāo)。因此有

2、必要在理論上建立一個(gè)符合實(shí)際的數(shù)理模型，對(duì)真實(shí)情況進(jìn)行模擬分析，以便更有效、更快捷地優(yōu)化激光誘導(dǎo)擴(kuò)散的最佳工藝參數(shù)。
　　與常規(guī)閉管擴(kuò)散的均勻恒定溫度場(chǎng)不同，激光誘導(dǎo)擴(kuò)散是在四維（x,y,z,t）非均勻溫度場(chǎng)中進(jìn)行。眾所周知，擴(kuò)散系數(shù)是溫度的敏感函數(shù)，而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法測(cè)得擴(kuò)散過(guò)程中基片內(nèi)的溫度分布，因此，為計(jì)算雜質(zhì)濃度分布，首先需要研究激光照射下半導(dǎo)體基片內(nèi)的四維溫度場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
　　本文針對(duì)激光誘導(dǎo)擴(kuò)散過(guò)程中的非均勻溫度場(chǎng)

3、擴(kuò)散理論展開(kāi)研究，主要的研究結(jié)果和創(chuàng)新之處如下：
　　1.對(duì)激光加熱微小曝光區(qū)的溫升機(jī)制進(jìn)行了理論分析，考慮了待加工基片的兩層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及熱傳導(dǎo)系數(shù)隨溫度而變化的非線性熱傳導(dǎo)方式，建立合理的溫度場(chǎng)定解問(wèn)題；通過(guò)對(duì)非線性熱傳導(dǎo)偏微分方程進(jìn)行基爾霍夫變換和時(shí)間變量變換，用解析的方法得到基片中四維溫度分布T(x,y,z,t)的近似表達(dá)式。此方法同樣適用于其它激光加工過(guò)程中的四維溫度場(chǎng)計(jì)算。
　　2.上述解析方法求解非線性問(wèn)題的過(guò)

4、程中，需采用較多的近似及假設(shè)，導(dǎo)致最終的計(jì)算結(jié)果與真實(shí)情況偏差較大。于是，文中還用有限容積法將溫度場(chǎng)定解問(wèn)題離散化，選擇合適的空間網(wǎng)格和時(shí)間網(wǎng)格，通過(guò) matlab編程實(shí)現(xiàn)對(duì)四維溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬。由計(jì)算結(jié)果定性分析了各加工參數(shù)對(duì)溫度分布的影響。此程序同樣適用于其它激光加工過(guò)程中的四維溫度場(chǎng)數(shù)值模擬。
　　3.對(duì)雜質(zhì)源在半導(dǎo)體襯底中的擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行了理論分析，確定擴(kuò)散系數(shù)隨溫度、濃度的變化關(guān)系，建立合理的雜質(zhì)濃度分布定解問(wèn)題，在上述數(shù)