离子注入课件.ppt

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1、第四章：离子注入掺杂技术之二为什么开发离子注入技术？随着器件特征尺寸的减小，出现的一些特殊的掺杂（如小剂量浅结掺杂、深浓度峰分布掺杂等）扩散是无法实现的，而离子注入却能胜任。离子注入是继扩散之后发展起来的第二种掺杂技术离子注入成为现代集成电路制造的主流工艺4.1引言4.1引言离子注入的概念：在高真空的复杂系统中，产生电离杂质并形成高能量的离子束，入射到硅片靶中进行掺杂的过程。束流、束斑离子注入的优点：1.精确地控制掺杂浓度和掺杂深度离子注入层的深度依赖于离子能量、杂质浓度依赖于离子剂量，可以独立地调整能量和剂量，精确地控制掺杂层的深度和浓度，工艺自由度大。2

2、.可以获得任意的杂质浓度分布由于离子注入的浓度峰在体内，所以基于第1点采用多次叠加注入，可以获得任意形状的杂质分布，增大了设计的灵活性。离子注入的优点：3.杂质浓度均匀性、重复性好用扫描的方法控制杂质浓度的均匀性，在1010～1017ions/cm2的范围内，均匀性达到±2％而扩散在±10％，1013ions/cm2以下的小剂量，扩散无法实现。4.掺杂温度低注入可在125℃以下的温度进行，允许使用不同的注入阻挡层（如光刻胶）增加了工艺的灵活性离子注入的优点：5.沾污少质量分离技术产生没有沾污的纯离子束，减少了由于杂质源纯度低带来的沾污，另外低温工艺也减少了掺

3、杂沾污。6.无固溶度极限注入杂质浓度不受硅片固溶度限制离子注入的缺点：1.高能杂质离子轰击硅原子将产生晶格损伤2.注入设备复杂昂贵4.2离子注入工艺原理离子注入参数注入剂量φ注入剂量φ是样品表面单位面积注入的离子总数。单位：离子数/cm2I—束流，单位：库仑/秒（安培）t—注入时间，单位：秒q—电子电荷，=1.6×10－19库仑n—每个离子的电荷数A—束斑（即注入区）面积单位：cm2注入能量离子的注入能量用电子电荷与电势差的乘积来表示。单位：千电子伏特（KEV）带有一个正电荷的离子在电势差为100KV的电场运动，它的能量为100KEV射程、投影射程具有一定能

4、量的离子入射靶中，与靶原子和电子发生一系列碰撞（即受到了核阻止和电子阻止）进行能量的交换，最后损失了全部能量停止在相应的位置，离子由进入到停止所走过的总距离，称为射程用R表示。这一距离在入射方向上的投影称为投影射程Rp。投影射程也是停止点与靶表面的垂直距离。投影射程示意图第i个离子在靶中的射程Ri和投影射程Rpi平均投影射程离子束中的各个离子虽然能量相等但每个离子与靶原子和电子的碰撞次数和能量损失都是随机的，使得能量完全相同的同种离子在靶中的投影射程也不等，存在一个统计分布。离子的平均投影射程RP为其中N为入射离子总数，RPi为第i个离子的投影射程离子投影射

5、程的平均标准偏差△RP为其中N为入射离子总数Rp为平均投影射程Rpi为第i个离子的投影射程离子注入浓度分布LSS理论描述了注入离子在无定形靶中的浓度分布为高斯分布其方程为其中φ—注入剂量χ—离样品表面的深度Rp—平均投影射程△Rp—投影射程的平均标准偏差LSS-1963年,Lindhard,ScharffandSchiott首先确立了注入离子在靶内分布理论,简称LSS理论离子注入的浓度分布曲线离子注入浓度分布的最大浓度Nmax从上式可知，注入离子的剂量φ越大，浓度峰值越高从浓度分布图看出，最大浓度位置在样品内的平均投影射程处离子注入结深Xj其中NB为衬底浓度

6、RP和△RP的计算很复杂，有表可以查用入射能量（KEV）注入的离子20406080100120140160180BRP66213021903246529943496397444324872RP283443556641710766813854890PRP25348673089112381497175720192279RP119212298380456528595659719AsRP1592693744785826867918981005RP5999136172207241275308341（一）各种离子在Si中的Rp和△Rp值(Å)（二）各种离子在光刻胶

7、中的Rp和△Rp值(Å)入射能量（KEV）注入的离子20406080100120140160180BRP22674587673687211056912305139471551117007RP475763955109512021288135914201472PRP86616542474332041825053592768037675RP19835349963676588699911041203AsRP67311291553196623752783319236024015RP126207286349415480543606667（三）各种离子在SiO2中的

8、Rp和△Rp值(Å)入射能量（KEV）注入的离子20