IC工艺技术5-离子注入.ppt

集成电路工艺技术讲座第五讲 离子注入 Ion implantation 引言 半导体工艺中应用的离子注入是将高能量的杂质离子导入到半导体晶体，以改变半导体，尤其是表面层的电学性质． 注入一般在50-500kev能量下进行 离子注入的优点 注入杂质不受材料溶解度，扩散系数，化学结合力的限制，原则上对各种材料都可掺杂 可精确控制能量和剂量，从而精确控制掺杂量和深度 较小的恒向扩散 掺杂均匀性好，电阻率均匀性可达1% 纯度高，不受所用化学品纯度影响 可在较低温度下掺杂 目录 射程和分布 沟道效应 损伤和退火 离子注入机 离子注入的应用 离子注入工艺模拟 射程 入射离子在非晶靶内的射程 非晶靶 射程，投影射程 LSS理论 单个入射离子在单位距离上的能量损失 -dE/dx=N[Sn(E)+Se(E)] 其中：Sn(E)　原子核阻止本领 Se(E)　电子阻止本领 N 单位体积靶原子平均数 R=?oRdx＝（1/N） ?oEodE/〔Sn(E)＋ Se(E)〕 　 LSS理论－核阻止本领和弹性碰撞 核阻止本领 粗略近似计算核阻止本领 Sno=2.8x10-15 (Z1Z2/Z1/3 )M1/(M1+M2)（ev-cm2) 其中 Z 2/3= Z12/3+Z22/3 低能时　S= Sno （Se=0） R=0.7 [(Z12/3+Z22/3)1/2/Z1Z2] (M1+M2)/M1Eo Rp=R/(1+M2/3M1) ?Rp=(2/3)(M1M2)1/2 Rp /(M1+M2) LSS理论－电子阻止本领 电子阻止本领： 入射离子和靶原子周围电子云的相互作用。离子和电子碰撞失去能量，电子激发或电离。 电子阻止本领与入射离子的速度成正比 Sn(E)=keE1/2 其中 ke值为107(eV)1/2/cm 两种能量损失示意图 常见硅中杂质的能量损失 磷砷锑投影射程 硼投影射程 SiO2中投影射程 光刻胶中投影射程 入射粒子在非晶靶中浓度分布 高斯分布 几率 P(x,E)=1/(2?)1/2?Rpexp-[(x-Rp)2/2 ?Rp2] 二个参量,可查表 入射粒子剂量为D(atm/cm2),浓度分布 N(x)=D /(2?)1/2?Rpexp-[(x-Rp)2/2 ?Rp2] 高斯分布特点和应用 1) x=Rp处Nmax Nmax=D/ (2?)1/2? Rp=0.4 D/ ? Rp 2)平均投影射程二边对称，离Rp下降快 N/Nmax 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 x-Rp ±2?Rp ±3?Rp ±3.7?Rp ±4.3?Rp ±4.8?Rp ±5.3?Rp 3) 求结深 若衬底浓度下降到Nmax相差二个数量级时 xj~ Rp ±3?Rp 高斯分布特点和应用 4) 求掩蔽层厚度 一般认为穿过掩蔽层到达衬底的离子数降到入射离子总数的0.01%时，该掩蔽层能起阻挡作用,此时应选 双高斯分布 Pearson- IV分布 有四个参量 ?2, ?1, Rp , ?Rp N(y)=No exp[f(y)] f(y)=1/2b2ln[bo+b1xn+b2xn2]-(b1/b2+2a)/ (4b2bo-b12)1/2tg-1[2b2xn+b1/(4b2bo-b12)1/2] xn=(y-Rp)/ ?Rp a=- ?1(?2 +3)/A bo=-(4?2 -3?12)/A b1=a b2=-(2?2 -3?12 -6)/A A=10?2 -12?12 -18 硼离子注入分布 横向分布 横向分布 等浓度线 目录 射程和分布 沟道效应 损伤和退火 离子注入机 离子注入的应用 离子注入工艺模拟 沟道效应－ 单晶靶中的射程分布 沟道效应－ 单晶靶中的射程分布 能量对沟道效应影响 剂量对沟道效应影响 取向对沟道效应影响 温度对沟道效应影响 目录 射程和分布 沟道效应 损伤和退火 离子注入机 离子注入的应用 离子注入工艺模拟 离子注入损伤－过程 高能离子与晶格原子核碰撞，能量传递给晶格原子－晶格原子离开晶格位置－移位原子有足够能量与其他衬底原子碰撞－产生额外移位原子－在入射离子路径周围产生大量缺陷（空位和间隙原子）－形成衬底损伤区 离子注入损伤 离子注入损伤－临界剂量 损伤随剂量增加而增加，达到损伤完全形成（非晶层，长程有序破坏）时的剂量称临界剂量?th 注入离子质量小－?th大 注入温度高－?th大 注入剂量率高，缺陷产生率高－ ?th小 离子注