第四章离子注入.ppt.ppt

?气体系统 ?电控系统 ?真空系统 ?离子束线控制 4.5.1、离子注入系统 4.5、离子注入系统及工艺 ?气体系统 　　特殊的传送系统来操作危险气体；用氩气来净化系统及校准离子束。 ?电控系统 　　高压系统（离子能量，从而控制结深）；射频系统（一些离子源需要用射频电源来产生离子）。 ?真空系统 　　需要高真空来加速离子以及减少碰撞；真空度为10-5-10-7 torr；使用分子泵和低温泵；排空系统。 ?离子束线控制 　　离子源；提取电极；磁分析器；后加速器；等离子体溢注系统；底部分析器。 离子束线控制——离子源 热钨丝发射热电子； 热电子与源气分子碰撞使之分解并离子化； 离子被从源舱提取并加速进入离子束管线。 射频离子源 微波离子源 离子束线控制——提取电极 加速电极将提取离子的能量加速到50keV。 磁分析器需要如此高的离子能量，来选择合适的离子样品。 离子束线控制——磁分析器 磁场中带电颗粒的回旋半径与磁场和荷质比相关。 只有合适的荷质比的离子才能通过狭缝。 对注入离子束起到纯化的作用。 离子束线控制——后加速器 增加离子能量使离子能够达到器件所需要的结深。 具有高电压的电极。 可调整的垂直快门来控制束流。 后加速器 离子束流控制 离子束线控制——等离子体溢注系统 电荷中性化系统 注入离子使硅片带正电，导致硅片荷电效应。 对带正电的离子排斥，导致离子束放大并使掺杂不一致。 需要消除和最小化荷电效应。 等离子体溢注系统将电子“溢注”到离子束中， 使硅片的电荷中性化。 电子枪。 电子簇射。 荷电效应 等离子体溢注系统 电子枪 离子束线控制 ——束阻止 ——底部分析器 束阻止 吸收离子束能量。 离子束探测器—测试束流，束能量和束形状。 水冷金属盘带走热量并阻挡X射线辐射。 底部分析器 法拉第电荷探测器。 用来校准束流，形状和分布。 阱注入 高能量（达到MeV），直接注入到所需深度，无需再推进，减小横向扩散。 低束流（1013/cm2），阱注入杂质浓度低，阱中做器件。 4.5.2、离子注入工艺应用 VT调整的注入 低能量，n阱中注入一浅层硼B，杂质补偿为p型，调整pMOS的VTp。 低束流，达到反型即可。 p阱中同样，注入P。 轻掺杂漏极（LDD） 低能量（达到10keV），浅注入。 低束流（1013/cm2），低浓度。 源/漏极离子注入 低能量（达到20keV），达到源漏深度即可。 高束流（1015/cm2），高掺杂源漏层。 第四章作业 离子注入的概念 离子注入如何控制掺杂浓度和深度？ 说明离子注入深度与入射离子能量和入射离子种类（质量）的关系。 什么是沟道效应，如何避免沟道效应？ 对于轻杂质，形成浅结非常困难，可以采取哪些措施？ 离子注入掺杂后，热退火的目的是什么？ 快速退火技术的主要优点是什么？ 离子注入的特点 * 部分沟道效应，在两次碰撞之间有沟道效应存在。 4.2.4、浅结的形成 对于轻杂质，形成浅结非常困难。 降低注入离子能量：注入离子能量几个keV 但是在低能情况下，沟道效应变得非常明显。增大偏离角度。 在低能注入时，离子束的稳定性是一个问题，由于空间电荷效应，离子束发散。解决办法是采用宽束流，降低束流密度。 预先非晶化：注B前，先以重离子高剂量注入，使Si形成非晶表面层。 使沟道效应减小。 完全非晶化层在退火后结晶质量好。 4.3、注入损伤 离子注入技术的最大优点，就是可以精确地控制掺杂杂质的数量及深度。 但是，在离子注入的过程中，衬底的晶体结构也不可避免地受到损伤。 离子注入前后，衬底的晶体结构发生变化。 ①如果传递的能量小于移位阈能Ed，被碰原子只是在平衡位置振动，将获得的能量以振动能的形式传递给近邻原子，表现为宏观热能。 ②如果传递的能量大于Ed而小于2 Ed ，被碰原子成为移位原子，并留下一个空位。这个移位原子具有的能量小于Ed，不能使与它碰撞的原子移位。 ③如果靶原子获得的能量大于2 Ed ，被碰原子移位之后，还具有很高的能量，在运动过程中，可以使与它碰撞的原子发生移位。 这种不断碰撞的现象称为“级联碰撞”。 4.3.1、级联碰撞 注入离子与靶内原子碰撞，将能量传递给靶的过程称为能量淀积过程。 级联碰撞的结果会使大量的靶原子移位，产生大量的空位和间隙原子，形成损伤。 当级联碰撞密度不太大时，只产生孤立的、分开的点缺陷。如果级联碰撞的密度很高时，缺陷区就会互相重叠，加重损伤程度，甚至使注入区域的晶体结构完全受