激光誘導擴散中非均勻場擴散理論研究.pdf

1、激光誘導擴散是用聚焦的激光束局域加熱半導體基片，將雜質(zhì)以擴散的方式摻入到特定區(qū)域并且達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”等獨特優(yōu)點，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。
　　激光誘導擴散過程中，基片的熱物理特性、擴散源的擴散機理、激光束的功率大小和擴散時間以及光束的聚焦狀況等等，都會對擴散結(jié)果產(chǎn)生重要的影響，而擴散層的雜質(zhì)分布情況將直接決定器件的性能指標。因此有

2、必要在理論上建立一個符合實際的數(shù)理模型，對真實情況進行模擬分析，以便更有效、更快捷地優(yōu)化激光誘導擴散的最佳工藝參數(shù)。
　　與常規(guī)閉管擴散的均勻恒定溫度場不同，激光誘導擴散是在四維（x,y,z,t）非均勻溫度場中進行。眾所周知，擴散系數(shù)是溫度的敏感函數(shù)，而現(xiàn)有的實驗裝置無法測得擴散過程中基片內(nèi)的溫度分布，因此，為計算雜質(zhì)濃度分布，首先需要研究激光照射下半導體基片內(nèi)的四維溫度場結(jié)構(gòu)。
　　本文針對激光誘導擴散過程中的非均勻溫度場

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

4、程中，需采用較多的近似及假設，導致最終的計算結(jié)果與真實情況偏差較大。于是，文中還用有限容積法將溫度場定解問題離散化，選擇合適的空間網(wǎng)格和時間網(wǎng)格，通過 matlab編程實現(xiàn)對四維溫度場的數(shù)值模擬。由計算結(jié)果定性分析了各加工參數(shù)對溫度分布的影響。此程序同樣適用于其它激光加工過程中的四維溫度場數(shù)值模擬。
　　3.對雜質(zhì)源在半導體襯底中的擴散機制進行了理論分析，確定擴散系數(shù)隨溫度、濃度的變化關系，建立合理的雜質(zhì)濃度分布定解問題，在上述數(shù)