最新半导体制造工艺-09离子注入(上)ppt课件.ppt

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1、半导体制造工艺-09离子注入(上)实际工艺中二步扩散第一步为恒定表面浓度的扩散（Pre-deposition）（称为预沉积或预扩散）控制掺入的杂质总量第二步为有限源的扩散（Drive-in），往往同时氧化（称为主扩散或再分布）控制扩散深度和表面浓度2什么是离子注入离化后的原子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的表层，以改变这种材料表层的物理或化学性质离子注入的基本过程将某种元素的原子或携带该元素的分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，射入材料表层（靶）以改变这种材料表层的物理或化学性质3离子注入过程是一个非平衡过程，高能离子进入

2、靶后不断与原子核及其核外电子碰撞，逐步损失能量，最后停下来。停下来的位置是随机的，大部分不在晶格上，因而没有电活性。7注入离子如何在体内静止？LSS理论——对在非晶靶中注入离子的射程分布的研究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。该理论认为，注入离子在靶内的能量损失分为两个彼此独立的过程(1)核阻止（nuclearstopping）(2)电子阻止（electronicstopping）总能量损失为两者的和8核阻止本领与电子阻止本领-LSS理论阻止本领（stoppingpowe

3、r）：材料中注入离子的能量损失大小单位路程上注入离子由于核阻止和电子阻止所损失的能量(Sn(E),Se(E))。核阻止本领：来自靶原子核的阻止，经典两体碰撞理论。电子阻止本领：来自靶内自由电子和束缚电子的阻止。9-dE/dx：能量随距离损失的平均速率E：注入离子在其运动路程上任一点x处的能量Sn(E)：核阻止本领/截面(eVcm2)Se(E)：电子阻止本领/截面（eVcm2)N:靶原子密度～51022cm-3forSiLSS理论能量E的函数能量为E的入射粒子在密度为N的靶内走过x距离后损失的能量10核阻止本领注入离子与靶内原子核之间两体碰撞两粒子之

4、间的相互作用力是电荷作用摘自J.F.Gibbons,Proc.IEEE,Vol.56(3),March,1968,p.295核阻止能力的一阶近似为：例如：磷离子Z1=15,m1=31注入硅Z2=14,m2=28,计算可得：Sn~550keV-mm2m——质量，Z——原子序数下标1——离子，下标2——靶对心碰撞，最大能量转移：1112电子阻止本领把固体中的电子看成自由电子气，电子的阻止就类似于粘滞气体的阻力（一阶近似）。电子阻止本领和注入离子的能量的平方根成正比。非局部电子阻止局部电子阻止不改变入射离子运动方向电荷/动量交换导致入射离子运动方向的改变（

5、<核间作用）13总阻止本领（Totalstoppingpower）核阻止本领在低能量下起主要作用（注入分布的尾端）电子阻止本领在高能量下起主要作用核阻止和电子阻止相等的能量14离子E2B17keVP150keVAs,Sb>500keVnnne15表面处晶格损伤较小射程终点（EOR）处晶格损伤大16R：射程（range）离子在靶内的总路线长度Rp：投影射程（projectedrange）R在入射方向上的投影Rp：标准偏差（Straggling），投影射程的平均偏差R：横向标准偏差（Traversestraggling）,垂直于入射方向平面上的标准

6、偏差。射程分布：平均投影射程Rp，标准偏差Rp，横向标准偏差R非晶靶中注入离子的浓度分布17RpR高斯分布RpLog（离子浓度）离子入射z注入离子的二维分布图18投影射程Rp:RpDRpDRRpDRpDRRpDRpDR19注入离子的浓度分布在忽略横向离散效应和一级近似下，注入离子在靶内的纵向浓度分布可近似取高斯函数形式200keV注入元素原子质量Sb122As74P31B11Cp20Q：为离子注入剂量（Dose）,单位为ions/cm2，可以从测量积分束流得到由，可以得到：21Q可以精确控制A为注入面积，I为硅片背面搜集到的束流（

7、FaradyCup），t为积分时间，q为离子所带的电荷。例如：当A＝20×20cm2，I＝0.1mA时，而对于一般NMOS的VT调节的剂量为：B＋1-5×1012cm-2注入时间为~30分钟对比一下：如果采用预淀积扩散（1000C），表面浓度为固溶度1020cm-3时，D～10-14cm2/s每秒剂量达1013/cm2I＝0.01mA～mA22常用注入离子在不同注入能量下的特性平均投影射程Rp标准偏差Rp23已知注入离子的能量和剂量，估算注入离子在靶中的浓度和结深问题：140keV的B+离子注入到直径为150mm的硅靶中。注入剂量Q=5×1014

8、/cm2（衬底浓度2×1016/cm3）1)试估算注入离子的投影射程，投影射程标准偏差、峰值浓度、结深2)如