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Chap4 离子注入工艺(ion implantation) ;离子注入：将具有很高能量的杂质离子射入半导体衬底中的掺杂技术，掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定，掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定。 掺杂的均匀性好； 温度低：小于600℃； 可以精确控制杂质分布； 可以注入各种各样的元素； 横向扩展比扩散要小得多； 可以对化合物半导体进行掺杂。 ;一．离子注入工艺设备结构;4;源（Source）：在半导体应用中，为了操作方便，一般采用气体源，如 BF3，BCl3，PH3，AsH3等。如用固体或液体做源材料，一般先加热，得到它们的蒸汽，再导入放电区。 b) 离子源（Ion Source）：灯丝(filament）发出的自由电子在电磁场作用下，获得足够的能量后撞击源分子或原子，使它们电离成离子，再经吸极吸出，由初聚焦系统聚成离子束，射向磁分析器;二、离子注入工艺的特点; (2）可以精确控制注入到硅中的掺杂原子数目。 （3）衬底温度低，一般保持在室温，因此，像二氧化硅、氮化硅、铝何光刻胶等都可以用来作为选择掺杂的掩蔽膜。 （4）离子注入深度是随离子能量的增加而增加，因此掺杂深度可以通过控制离子束能量高低来实现。另外，在注入过程中可精确控制电荷量，从而可精确控制掺杂浓度。 -; （5）离子注入是一个非平衡过程，不受杂质在衬底材料中的固溶度限制，原则上对各种元素均可掺杂。 （6）离子注入时的衬底温度低，这样就可以避免了高温扩散所引起的热缺陷。 （7）由于注入的直进性，注入杂质是按掩膜的图形近于垂直入射，因此横向效应比热扩散小的多，有利于器件特征尺寸的缩小。 ; （8）离子往往是通过硅表面上的薄膜注入到硅中，因此硅表面上的薄膜起到了保护膜作用 （9）化合物半导体是两种或多种元素按 一定组分构成的，这种材料经高温处理时，组分可能发生变化。采用离子注入技术，基本不存在上述问题，因此容易实现对化合物半导体的掺杂;基个概念：;三、离子注入原理; 当具有高能量的离子注入到固体靶面以后，这些高能粒子将与固体靶面的原子与电子进行多次碰撞，这些碰撞将逐步削弱粒子的能量，最后由于能量消失而停止运动，形成一定的杂质分布。 同时，注入离子和晶格原子相互作用，那些吸收了离子能量的电子，可能激发或从原子之内游离，形成二次电子。 ; 离子在硅体内的注入深度和分布状态与射入时所加的电场强度、离子剂量、衬底晶向等有关。通常，在离子剂量和轰击次数一致的前提下，注入的深度将随电场的强度增加而增加。实践表明，用离子注入方法在硅片内部形成杂质分布与扩散是完全不同的。扩散法得到的杂质分布近似为余误差函数和高斯函数分布，而用离子注入法形成的分布，其浓度最大值不在硅片表面，而是在深入硅体一定距离。这段距离大小与注入粒子能量、离子类型等有关。; 在一般情况下，杂质浓度最大值在距离表面0.1um处，其分布有一点像高斯分布，是由于杂质被电场加速注入到硅片内后，受到硅原子的阻挡，使其动能完全消失，停留在原位。但由于杂质离子具有的能量是不均匀的，也就是使杂质离子的能量有大有小，这样就形成了按一定的曲线分布，能量大和能量小的都是少数，而能量近似相等的居多数。当然注入后，能量最大的注入深，能量小的注入浅。 ; 离子注入的杂质分布还与衬底晶向有关系。如果注入的离子沿规则排列的晶格方向进入硅中，离子可能要走很长一段路途才碰到硅原子，因此，进入深度就大，使杂质分布出现两个峰值，这种现象称为“沟道效应”。向100， 110晶向注入时，往往会发生这种沟道效应，而111再偏离一定角度，情况就好得多。; 离子注入时，由于受到高能量杂质离子的轰击，硅片内许多晶格被破坏而出现晶格缺陷，严重时会出现非晶层。这种缺陷一定要经过退火处理来消除，所以退火工艺在离子注入工艺中是必不可少的。 与扩散一样，离子注入也需要掩蔽，其掩蔽物可以是二氧化硅、氮化硅、AL2O3及AL都行，且掩蔽膜厚度随电场强度和杂质剂量的增加而加厚。;§4.1核碰撞和电子碰撞;核碰撞和电子碰撞:;;（一）、核阻止本领;（二）电子阻止本领;（三）射程的概念;（一）纵向分布;* 注入离子的分布计算;*注入离子分布;离子注入到无定形靶中的高斯分布情况;*离子注入结深计算;(二）横向效应;横向系数: B Sb,约0.35-0.5,但比热扩散 (0.75~0.85)小;(三)．沟道注入（Channeling effect）; 3、 沟道效应的存在，将使得对注入离子在深度上难以控制，尤其对大规模集成电路制造更带来麻烦。如MOS器件的结深通常只有0.4um左右，有了这种沟