离子注入课件.ppt

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1、第四章离子注入本章主要内容核碰撞和电子碰撞注入离子在无定形靶中的分布注入损伤热退火离子注入离子注入发展于20世纪60年代，是一种代替高温扩散向半导体中引进掺杂剂的方法。离子注入已成为VLSI制程上最主要的掺杂技术。一般CMOS制程，大约需要6~12个或更多的离子注入步骤。离子注入是将掺杂剂通过离子注入机的离化、加速和质量分析，成为一束由所需杂质离子组成的高能离子流而投入半导体晶片（俗称为靶）内部，并通过逐点扫描完成对晶片的注入。一、离子注入简介离子注入中，被掺杂的材料称为靶，轰击靶的离子在靶表面被反射，不能进入靶内的为散

2、射离子；进入靶内的离子为注入离子。Twoimportantparameters:DoseconcentrationEnergydepthTypicalimplantvoltages:50~200KeV,thetrendistolowervoltages.Typicalimplantdose:1011~1016cm2.离子注入二、离子注入的特点离子经加速，到达半导体表面；离子经过碰撞损失能量，停留在不同深度的位置，此位置与离子能量有关；离子走过的距离，即透入深度，称为射程。射程的大小与离子动能以及半导体的结构特性有关；

3、杂质分布对于晶体相对离子束方向的取向表现出强烈的依赖性。注入的离子纯度高可以精确控制掺杂原子数目温度低,小于400℃,掩蔽材料不需耐高温离子注入深度随离子能量的增加而增加，掺杂深度可控非平衡过程，杂质含量不受固溶度限制低温注入，避免高温扩散所引起的热缺陷横向扩散效应比热扩散小得多离子通过硅表面的薄膜注入，薄膜起到保护膜的作用，防止污染。化合物半导体在高温处理时可能发生变化，采用离子注入可以对化合物半导体进行掺杂离子注入三、离子注入的优点离子注入四、离子注入的缺点产生的晶格损伤不易消除很难进行很深或很浅的结的注入高剂量注入

4、时产率低设备价格昂贵（约200万美金）五、离子注入的应用离子注入可以用于n/p型硅的制作隔离工序中防止寄生沟道用的沟道截断调整阈值电压用的沟道掺杂CMOS阱的形成浅结的制备SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiX-raysElectroniccollisionAtomiccollisionDisplacedSiatomEnergeticdopantionSiliconcrystallattice电子碰撞注入离子与靶内自由电子以及束缚电子间的碰撞。核碰撞注入离子与靶

5、内原子核间的碰撞。核碰撞和电子碰撞注入离子在靶内的分布理论，简称LSS理论。LSS理论认为，注入离子在靶内的能量损失方式有两种：两者质量相差大，碰撞后注入离子的能量损失很小，散射角度也小，即每次碰撞都不会显著地改变注入离子的动量，又由于散射方向是随机的，虽然经过多次散射，注入离子运动方向基本不变。质量为同一数量级，故碰撞后注入离子会发生大角度的散射，失去一定的能量。靶原子也因碰撞而获得能量，如果获得的能量大于原子束缚能，就会离开原来所在晶格位置，进入晶格间隙，并留下一个空位，形成缺陷。核碰撞和电子碰撞电子阻止本领：在单位

6、距离上，由于核碰撞和电子碰撞，注入离子所损失的能量则为：注入离子在靶内运动的总路程：核阻止本领：可以理解为能量为E的一个注入离子，在单位密度靶内运动单位长度时，损失给靶原子核的能量。E0为注入离子的起始能量。核阻止本领选用托马斯-费米函数时，核阻止与粒子能量的关系如下图：图中，低能量时核阻止本领随注入离子能量增加线性增加；在高能量时，因快速运动的离子没有足够的时间与靶原子进行有效的能量交换，所以核阻止本领变小。电子阻止本领式中，V为注入离子速度，系数Ke与注入离子和靶的原子序数、质量有微弱关系，粗略估计下，可近似为常数。

7、电子阻止本领同注入离子的速度成正比，即与注入离子能量的平方根成正比：将电子看为自由电子气，电子的阻止类似于粘滞气体的阻力。核阻止本领和电子阻止本领比较低能区中能区高能区核阻止本领和电子阻止本领比较一级近似下，核阻止本领与入射离子的能量无关。注入离子在无定形靶中的分布注入离子在靶内分布是与注入方向有着一定的关系，一般来说，粒子束的注入方向与靶垂直方向的夹角比较小。注入离子在靶内受到的碰撞是随机过程。如果注入的离子数量很小，它们在靶内的分布是分散的，但是大量注入离子在靶内的分布是按一定统计规律分布。注入离子在无定形靶中的

8、分布纵向分布注入离子在靶内的射程和离散的微分方程由LSS建立。在一级近似下用高斯函数表示为：n(x)—距离靶表面为x处的离子浓度；Nmax—峰值浓度；Rp—平均投影射程；△Rp—Rp的标准偏差。注入离子在无定形靶中的分布纵向分布Rp和R之间的关系一般可表示为：式中，b是E和R的缓慢变化函数，M1和M2分别是注入离子和