第7章-离子注入课件.ppt

1、1 概述概述离子注入离子注入:是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。注入能量介于1keV到1MeV之间，注入深度平均可达10nm10um，离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的1012/cm2到形成绝缘层的1018/cm2。低掺杂浓度(n,p)和浅结深(xj)Mask掩蔽层硅衬底xj低能低剂量快速扫描束扫描掺杂离子离子注入机 高掺杂浓度(n+,p+)和深结深(xj)束扫描高能大剂量慢速扫描MaskMask硅衬底xj离子注入机离子注入机基本工艺过程离子源分析磁体加速管粒子束等离子体工艺腔吸出组件扫描盘离子源和吸极装配Bernas 离子源装配图分析磁体加 速 管中性束流阱静电离子束扫描+具

2、有空间电荷中和地粒子束剖面+粒子束膨胀剖面掺杂离子二次电子空间电荷中和离子注入的优点1.精确控制杂质含量；2.很好的杂质均匀性；3.对杂质穿透深度有很好的控制；4.产生单一粒子束；5.低温工艺；6.注入的离子能穿过掩蔽膜；7.无固溶度极限。2 离子分布离子分布射程R：一个离子在停止前所经过的总距离投影射程Rp：射程在入射方向的投影。投影偏差p：投影射程的统计涨落。横向偏差：入射轴垂直方向上的统计涨落22()()exp22pppxRSn x轴向分布函数轴向和横向都服从高斯分布As、B和P在Si和SiO2中的投影射程As、B和P在Si和SiO2中的投影偏差和横向偏差H、Zn、Se、Cd和Te在Ga

3、As中的投影射程H、Zn、Se、Cd和Te在GaAs中的投影偏差和横向偏差离子驻留机制核阻止机制：离子通过和靶核碰撞，损失能量并发生偏转，同时也可能使靶核移位。核阻止本领()()nndESEdx电子阻止机制：入射离子和靶内的电子云通过库伦相互作用以及碰撞而损失能量，电子被激发甚至电离。电子阻止本领()()eedES Edx离子能量随距离的平均损耗可由上述两种阻止机制的叠加而得：()()nedESES Edx射程R为000()()REnedERdxSES E离子沟道效应沿 轴的硅晶格视图沟道效应使投影射程移位晶圆纵深方向浓度沟道穿越离子沟道效应降低的技巧：一、覆盖一层非晶体的表面层。常用的覆盖层

4、非晶体材料只是一层薄的氧化层，此层可使离子束的方向随机化，使离子以不同角度进入硅晶片而不直接进入硅晶体沟道。离子注入氧化层晶格经过非晶体氧化层的注入二、将硅晶片偏离主平面5-10度。此方法大部分的注入机器将硅晶片倾斜7度。离子注入晶格不对准晶轴的入射三、先注入大量硅或锗原子以破坏硅晶片表面，可在硅晶片表面产生一个随机层，这种方法需使用昂贵的离子注入机。离子注入晶格损伤的晶格在单晶层上的预先损伤3 注入损伤和退火注入损伤和退火注入损伤注入损伤：离子注入中，与原子核碰撞后转移足够的能量给晶格，使基质原子离开晶格位置，这些离位的原子可能获得入射能量的大部分，接着如骨牌效应导致邻近原子的相继移位而形成

5、一个沿着离子路径的树枝状的无序区，这种现象叫注入损伤。退火：退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火。l激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到杂质的作用。l消除损伤传统炉退火快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨加热器、红外设备等)硼和磷的退火特性传统退火炉使用类似热氧化的整批式开放炉管系统。需要长时间和高温来消除注入损伤。但会造成大量杂质扩散而无法符合浅结及窄杂质分布的需求。反射器灯石英窗气体入口晶片IR温度计快速热退火4 注入相关工艺注入相关工艺多次注入工艺可以形成平坦的杂质分布倾斜角度注入形成浅结0 10 20 30 40 50 60 70 80 离子束掩蔽层掩蔽层衬底阴影区60keV AsSi深度nm相对浓度0457086注入阴影效应光刻胶无倾斜的机械扫描粒子束正常倾斜的静电扫描光刻胶粒子束高能量与大电流注入高能量注入：使用能量高达1.55MeV的离子束。可以制作低电阻埋层。大电流注入：使用离子束电流为1020 毫安的离子束，离子能量在工作在25 30keV范围。作用：1 扩散中的预淀积；2 阈值电压调整阈值电压调整注入