《集成电路工艺原理》PPT课件

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1、集成电路工艺原理复旦大学微电子研究院2003.8於伟峰第五章离子注入(IonImplantation)§5.1前言§5.2注入离子在半导体中的射程分布§5.3离子注入损伤及其退火处理§5.4离子注入在集成电路中的应用§5.5离子注入系统2§5.1前言第五章离子注入(IonImplantation)§5.1前言什么是离子注入将某种元素的原子经离化变成带电的离子在强电场中加速，获得较高的动能后，射入材料（靶）表层以改变这种材料表层的物理或化学性质;3离子注入优点注入元素纯度高，即杂质单一性；各种杂质浓度分布与注入浓度可通过

2、控制掺杂剂量(1011-1017cm-2)和能量(10-200KeV)来达到；横向分布非常均匀(1%variationacross8″wafer)；可用多种材料作掩膜(如金属、光刻胶、介质.)，可防止沾污，自由度大；表面浓度不受固溶度限制，可做到浅结低浓度或深结高浓度；低温过程（因此可以用光刻胶作为掩膜），避免了高温过程引起的热扩散，有利于集成度提高；容易实现化合物半导体的掺杂；可采用微离子束扫描实现无掩膜选择注入；4离子注入的局限性会产生缺陷，甚至非晶层，必须经高温退火加以改善；产量较小；设备复杂；有不安全因素(如高压

3、、有毒气体)；会引入沾污；5§5.2注入离子在半导体中的射程分布任何一个入射离子在靶内所受到的碰撞是一个随机过程。各个离子在靶内发生的碰撞，每次碰撞的偏转角、相邻两次碰撞之间的行程，以及离子在靶内所运动的行程长度等都是不同的；如注入的离子数量很小，则它们在靶内的分布很散，如注入大量的离子，这些离子在靶内将按一定的统计分布；6一有关射程的概念1，射程R:离子在靶内总的行程长度；2，投影射程Rp:R在入射方向上的投影；73射程分布以平均投影射程Rp、及其标准偏差Rp和横向标准偏差R描述。平均投影射程:(N：入射离子总数

4、）标准偏差Rp—投影射程的平均偏差；横向标准偏差R—垂直入射方向平面内的标准偏差；8二非晶靶中的射程分布1，注入离子在靶内分布的理论—LSS理论1963年，Lindhard,ScharffandSchiott首先确立了注入离子在靶内分布的理论，简称LSS理论。该理论认为，入射离子在靶内的能量损失分为两个彼此独立的过程：(1)入射离子与原子核的碰撞(核阻挡)；(2)与电子(自由电子和束缚电子)碰撞(电子阻挡)；总能量损失为两者的和；9核阻挡—入射离子与靶内原子核之间的相互碰撞；由于入射离子与靶内原子核的质量处在同一数

5、量级，每次碰撞后，入射离子都可能发生大角度散射，并失去一定的能量；靶原子核也因碰撞而获得能量，一旦其获得的能量大于原子束缚能，它就会离开原来所在的位置，进入晶格间隙，并留下一个空位，形成缺陷；核碰撞(nuclearstopping)10电子碰撞—入射离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的碰撞，这种碰撞能瞬时形成空穴－电子对；由于两者的质量相差非常大，每次碰撞离子能量损失较小，且都是小角度散射。散射方向是随机的，多次散射结果，入射方向基本不变。电子碰撞(electronstopping)11注入离子如何在体内静止？注入离子通

6、过库仑散射(CoulombScattering)失去能量从而静止离子和靶内的自由电子及束缚电子相互作用(通常对较轻的离子和高能量注入）；离子和靶内原子核作用(通常对重离子和低能量注入离子）；122核阻挡本领与电子阻挡本领—入射离子在靶内能量损失的具体情况阻挡本领(stoppingpower)：材料对入射离子阻止能量的大小用阻挡本领来衡量。阻挡本领表示离子在靶子中受到阻止的概率。电子阻挡本领：来自原子之间的电子阻止，属于非弹性碰撞；核阻挡本领：来自原子核之间的阻止，属于原子核之间的弹性碰撞；13设一个入射离子在其运动路程上

7、任一点x处的能量为E,同样，电子阻挡本领就定义为：能量随距离损失的平均速率则为：式中,N:靶原子密度～51022cm-3forSi；知道了阻挡本领，即可求出入射离子在靶内运动的总路程R:则，核阻挡本领就定义为：143射程的粗略计算在解得入射离子同靶内任何一个原子发生弹性碰撞时所传递的能量Tn(E,p)时，一粒注入离子进入原子密度为N的无定形靶内，通过dx距离时，传递给所有原子核的总能量，可以通过对各种可能的碰撞参数积分求得：则，核阻挡表达式变为其中σ＝2πp，为微分散射截面；15已知入射离子与靶原子核间相互作用的势能关

8、系即可求得Sn(E);如果选用一个与距离r平方成反比的势能函数，其核阻挡能量损失率是一个固定值，即原子核阻挡本领Sn(E)与入射粒子的能量E无关，这时式中，Z1和Z2分别为入射离子和靶离子的原子序数；m1和m2分别为入射离子和靶原子的质量；16LSS理论对电子阻挡本领作一级近似，在常用注入离子范围内电子阻挡本领Se(