[理学]离子注入.ppt

1 第四章 离子注入工艺 §1 离子注入工艺设备及原理一．离子注入工艺设备结构 (一).射程的概念 (二)．核碰撞和电子碰撞 (三)入射离子的分布 * 注入离子的分布计算 1.平均投影射程Rp，标准偏差?R通过查表 根据靶材（Si, SiO2, Ge），杂质离子(B，P，As, N), 能量（keV） 2.单位面积注入电荷：Qss ＝I t /A, I：注入束流，t: 时间，A：扫描面积（园片尺寸） 3.单位面积注入离子数(剂量)： Ns ＝ Qss/q =(I t) /(q A) 4.最大离子浓度：NMAX= *注入离子分布 N(x)=Nmax N(x):距表面x处的浓度, ?Rp:查表所得的标准偏差 Nmax:峰值浓度(x=Rp处) Rp:平均投影射程 *离子注入结深计算 横向系数: B Sb,约0.5但比热扩散小(0.75~0.85) (四)．沟道注入 入射离子的阻挡作用与晶体取向有关, 可能沿某些方向由原子列包围成直通道 －－沟道，离子进入沟道时，沿沟道前进阻力小，射程要大得多。 解决办法，偏离此方向，以大于临界角注入。 五、复合（双层）靶注入 离子在两层靶中均为高斯分布 M1：Rp1, Rp1, d Rp1 M2: Rp2, Rp2 §2、注入损伤与退火一．损伤的形成 靶原子变形与移位，形成空位、间穴原子， 注入离子并不正好处于格点上， 解决：退火、激活 二.移位原子数的估算 三．非晶层的形成 四、损伤区的分布 五．退火 退火：将注入离子的硅片在一定温度和真空或氮、氩等高纯气体的保护下，经过适当时间的热处理， 部分或全部消除硅片中的损伤，少数载流子的寿命及迁移率也会不同程度的得到恢复， 电激活掺入的杂质 分为普通热退火、硼的退火特性、磷的退火特性、扩散效应、快速退火 1．普通热退火：退火时间通常为15--30min，使用通常的扩散炉，在真空或氮、氩等气体的保护下对衬底作退火处理。缺点：清除缺陷不完全，注入杂质激活不高，退火温度高、时间长，导致杂质再分布。 2．硼的退火特性 3．磷的退火特性 热退火问题 简单、价廉 激活率不高 产生二次缺陷，杆状位错。位错环、层错、位错网加剧 4.扩散效应 5.快速退火 §3、离子注入优缺点 一．离子注入的优缺点 优点：1）可在较低的温度下，将各种杂质掺入到不同的半导体中；2）能精确控制掺入基片内杂质的浓度分布和注入深度；3）可以实现大面积均匀掺杂，而且重复性好；4）掺入杂质纯度高；5）获得主浓度扩散层不受故浓度限制 6）由于注入粒子的直射性，杂质的横向扩散小； 7）可以置备理想的杂质分布； 8）可以通过半导体表面上一定厚度的四SiO2膜进行注入而实行掺杂； 9）工艺条件容易控制。 缺点：1）高能离子注入改变晶格结构； 2）设备贵。 二．对VT的控制 三．自对准金属栅的结构 四. 离子注入的应用 * * P阱－CMOS流程中的离子注入 1. P阱注入 2.场注入(P阱内)Vtn0 3.P管开启注入(P阱外) Vtp 4.P+区注入 5.N+区注入 离子注入机原理图 M1中未走完的路程 轻离子，电子碰撞为主，位移少，晶格损伤少 轻离子，原子碰撞为主， 位移多，晶格损伤大 1 区单调上升：点缺陷、 陷井缺陷消除、自由载流子增加 2 区出现反退火特性：代位硼减少，淀积在位错上 3 区单调上升 剂量越大，所需退火温度越高。 杂质浓度达1015以上时出现无定形硅退火温度达到600℃～800℃ ** **