Chap.4 离子注入(Ion Implantation)12 3 4 5
离子注入掺杂的优、缺点 两种碰撞(阻止)模型 注入离子的分布(沟道效应) 离子注入系统 注入损伤及其消除(热退火)天津工业大学 集成电路工艺原理
Self-alignment(自对准掺杂)
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离子注入的优点 掺杂纯度高，污染小； 掺杂的均匀性和重复性好； 工作温度低，工艺灵活性大； 掺杂深度和掺杂浓度可精确独立地控制； 最大掺杂浓度不受固溶度限制； 低温工艺避免高温引起的热缺陷； 离子注入直进性，横向效应小； 掩蔽膜作为保护膜，污染小； 适合对化合物半导体进行掺杂； 可发展成无掩膜的离子束技术。天津工业大学 集成电路工艺原理
离子注入的缺点 入射离子对衬底有损伤；
很浅和很深的结难于制得； 高剂量注入产率受限制； 设备昂贵。
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§4.1 离子注入机理具有能量的离子入射到材料表 面会发生的四种情况： 反射离子与 中性粒子 入射离子 二次电子
很低能量的离子简单反弹； 能量小于10eV的离子会吸附 于表面，并以声子(热)释 放能量； 能量介于10eV到10keV时， 能量传递，发生溅射过程； 能量大于10keV时，离子注入 过程。
溅射原子
表面
衬底 损伤
注入
溅射
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§4.1 离子注入机理LSS理论：S=Sn+Se 核碰撞(核阻止) 和晶格原子的原子核发 生碰撞 发生明显的散射 造成大量晶格损伤 电子碰撞(电子阻止) 和晶格原子的电子发生碰撞 注入离子的路径基本不发生 变化 能量转移很小 造成的晶格损伤很小 Se(E)=(dE/dx)e
Sn(E)=(dE/dx)n
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核阻止本领和电子阻止本领曲线
能量较低，质量较大的离子，主要是通过核阻止损失能量 能量较高，质量较小的离子，主要是通过电子阻止损失能量天津工业大学 集成电路工艺原理
§4.2 注入离子在无定形靶中的分布 射程、投影射程、平均投影射程
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常见杂质在硅中的平均射程
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沟道效应(Channeling Effect)
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沟道效应的概念(见书) 沟道效应的消除方法： 使晶体的主轴方向偏离注入方向(7度左右，阴影现象)
在晶体表面覆盖介质膜，散射后改变注入离子的方向 表面预非晶化(注入锗)
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碰撞后沟道效应
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理
Q&A
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§4.3 离子注入系统(Implanter)
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离子注入系统：
离子源(离子发生器，分析器) 加速及聚焦系统 (先分析后加速；先加速后分析；前后加速， 中间分析) 终端台(扫描器，偏束板，靶室)
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磁分析器原理(Analyzer Magnet)BF3气体放电
B, B+, BF2+, F- ….
带电离子在磁场中运动： 洛伦兹力=向心力 筛选荷质比不同的离子ZqvB vmv ZqB2
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加速和聚焦系统(Accelerator)利用各种电极可以很方便地对 离子束进行加速和聚焦： 先加速，后分析：避免离子在 到达硅片之前丢失电荷，但需 要大磁场； 先分析，后加速：分析器较小， 但加速过程中电荷交换影响束 流强度和纯度； 前后加速，中间分析：调节方 便，范围宽天津工业大学 集成电路工艺原理