第五章-离子注入课件.ppt
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- 第五 离子 注入 课件
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1、1ppt课件有关扩散方面的主要内容有关扩散方面的主要内容费克第二定律的运用和特殊解费克第二定律的运用和特殊解特征扩散长度的物理含义特征扩散长度的物理含义非本征扩散非本征扩散常用杂质的扩散特性及与点缺陷的相互作用常用杂质的扩散特性及与点缺陷的相互作用常用扩散掺杂方法常用扩散掺杂方法常用扩散掺杂层的质量测量常用扩散掺杂层的质量测量Distribution according to error functionDtxCtxCs2erfc,DtxDtQtxCT4exp,2Distribution accordingto Gaussian function2ppt课件实实际际工工艺艺中中二二步步扩扩散散
2、第一步第一步 为恒定表面浓度的扩散(为恒定表面浓度的扩散(Pre-deposition)(称为预沉积或预扩散)(称为预沉积或预扩散)控制掺入的杂质总量控制掺入的杂质总量1112tDCQ 第二步第二步 为有限源的扩散(为有限源的扩散(Drive-in),往往同时氧化),往往同时氧化 (称为主扩散或再分布)(称为主扩散或再分布)控制扩散深度和表面浓度控制扩散深度和表面浓度221112222tDtDCtDQC3ppt课件当当 时,最后的杂质浓度分布可近似为时,最后的杂质浓度分布可近似为22222111214exp2,tDxtDtDCttxC2211tDtD22112211ortDtDtDtD二步扩散
3、的两种极端情况二步扩散的两种极端情况-0.500.511.52-2-10123Gaussfrdelningenf(x)xFigur 4.2=0.5=0.5=0.25Gaussian distributionGaussian or normal distribution 222exp21xxf4ppt课件5ppt课件6ppt课件磁分析器磁分析器离离子子源源加速管加速管聚焦聚焦扫描系统扫描系统靶靶rdtqIAQ1BF3:B+,B+,BF2+,F+,BF+,BF+B10B117ppt课件气体源气体源:BF3,AsH3,PH3,Ar,GeH4,O2,N2,.离子源:离子源:As,Ga,Ge,Sb,P,
4、.8ppt课件9ppt课件10ppt课件11ppt课件 ESESNdxdEen-dE/dx:能量随距离损失的平均速率:能量随距离损失的平均速率E:注入离子在其运动路程上任一点:注入离子在其运动路程上任一点x处的能量处的能量Sn(E):核阻止本领:核阻止本领/截面截面(eVcm2)Se(E):电子阻止本领:电子阻止本领/截面(截面(eVcm2)N:靶原子密度靶原子密度 5 1022 cm-3 for Si eenndxdENESdxdENES1,1LSS理论理论能量能量E的函数的函数能量为能量为E的的入射粒子在入射粒子在密度为密度为N的的靶内走过靶内走过x距离后损失距离后损失的能量的能量12pp
5、t课件摘自摘自J.F.Gibbons,Proc.IEEE,Vol.56(3),March,1968,p.295核阻止能力的一阶近似为:核阻止能力的一阶近似为:例如:磷离子例如:磷离子Z1=15,m1=31 注入硅注入硅Z2=14,m2=28,计算可得:计算可得:Sn 550 keV-m2m质量,质量,Z原子序数原子序数下标下标1离子,下标离子,下标2靶靶 22113223212115cmeV108.2mmmZZZZESn对心碰撞,最大能量转移:对心碰撞,最大能量转移:E)m(mmmETrans221214 13ppt课件14ppt课件把固体中的电子看成自由电子气,电子的阻止就类似于粘滞气把固体
6、中的电子看成自由电子气,电子的阻止就类似于粘滞气体的阻力(一阶近似)。电子阻止本领和注入离子的能量的平体的阻力(一阶近似)。电子阻止本领和注入离子的能量的平方根成正比。方根成正比。非局部电子阻止非局部电子阻止局部电子阻止局部电子阻止 22/1152/1cmeV102.0,kkECvESione不改变入射离子运动方向不改变入射离子运动方向电荷电荷/动量交换导致入射离子运动量交换导致入射离子运动方向的改变(动方向的改变(500 keVnnne17ppt课件表面处晶格表面处晶格损伤较小损伤较小射程终点(射程终点(EOR)处晶格损伤大处晶格损伤大18ppt课件R:射程(:射程(range)离子离子在靶
7、内的总路线长度在靶内的总路线长度 Rp:投影射程:投影射程(projected range)R在入射方向上的投影在入射方向上的投影 Rp:标准标准偏差(偏差(Straggling),),投影射程的平均偏差投影射程的平均偏差 R:横向:横向标准标准偏差(偏差(Traverse straggling),垂直于入射方向垂直于入射方向平面上的标准偏差。平面上的标准偏差。射程分布射程分布:平均投影射:平均投影射程程Rp,标准偏差,标准偏差 Rp,横向标准偏差横向标准偏差 R 非晶靶中注入离子的浓度分布非晶靶中注入离子的浓度分布19ppt课件 Rp R 高斯分布高斯分布RpLog(离子浓度)(离子浓度)离
8、子入射离子入射z注入离子的二维分布图注入离子的二维分布图20ppt课件 0001EenRpESESdENdxRp投影射程投影射程Rp:Rp Rp R Rp Rp R Rp Rp R 21ppt课件 221expppPRRxCxC200 keV 注入注入元素元素 原子质量原子质量Sb 122As 74P 31B 11 Cp22ppt课件 ppCRdxxCQ2Q:为离子注入剂量(:为离子注入剂量(Dose),单位为单位为 ions/cm2,可以,可以从测量积分束流得到从测量积分束流得到22exp2)(pppRRxRQxCppPRQRQC4.02由由 ,可以得到:可以得到:23ppt课件Q可以精确控
9、制可以精确控制dtqIAQ1A为注入面积,为注入面积,I为硅片背面搜集到的束为硅片背面搜集到的束流(流(Farady Cup),),t为积分时间,为积分时间,q为为离子所带的电荷。离子所带的电荷。例如:当例如:当A2020 cm2,I0.1 A时,时,satoms/cm1056.129AqItQ而对于一般而对于一般NMOS的的VT调节的剂量为:调节的剂量为:B 1-51012 cm-2注入时间为注入时间为30分钟分钟对比一下:如果采用预淀积扩散(对比一下:如果采用预淀积扩散(1000 C),表面浓度),表面浓度为固溶度为固溶度1020 cm-3时,时,D10-14 cm2/s每秒剂量达每秒剂量
10、达1013/cm2I0.01 AmADtCQs224ppt课件常用注入离子在不同注入能量下的特性常用注入离子在不同注入能量下的特性平均投影射程平均投影射程Rp标准偏差标准偏差 Rp25ppt课件已知注入离子的能量和剂量,已知注入离子的能量和剂量,估算注入离子在靶中的估算注入离子在靶中的 浓度和结深浓度和结深问题:问题:140 keV的的B+离子注入到直径为离子注入到直径为150 mm的硅靶中。的硅靶中。注入注入 剂量剂量Q=510 14/cm2(衬底浓度(衬底浓度21016/cm3)1)试估算注入离子的投影射程,投影射程标准偏差、试估算注入离子的投影射程,投影射程标准偏差、峰峰 值浓度、结深值
11、浓度、结深 2)如注入时间为如注入时间为1分钟,估算所需束流。分钟,估算所需束流。26ppt课件【解】【解】1)从查图或查表从查图或查表 得得 Rp=4289=0.43 m Rp855 855 0.086 0.086 m 峰值浓度峰值浓度 Cp=0.4Q/R Rp p=0.451014/(0.08610-4)=2.341019 cm-3 衬底浓度衬底浓度CB21016 cm-3 xj=0.734 m 2)注入的总离子数注入的总离子数 Q掺杂剂量掺杂剂量硅片面积硅片面积 51014(15/2)2=8.81016 离子数离子数 IqQ/t (1.61019C)(8.81016)/60 sec=0.
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