注入离子的能量损失机构.pptVIP

学习情景二 常州信息职业技术学院 单元五： 掺杂 离子注入概念及特点 定义： 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射到晶片（俗称为靶）内部，并通过逐点扫描完成对整个晶片的注入。 与热扩散相比，离子注入法的优点： （1）杂质通过质量分析器单一地筛选出来的，并且整个掺杂过程都是在高真空环境中进行，因此注入杂质特别纯净，几乎无玷污； （2）获得高浓度杂质不受固溶度限制； （3）注入设备配备有精密的电子仪器和机械装置，晶片掺杂完全处于受控状态，因此采用离子注入法可实现任何浓度、任何结深的掺杂； （4）低温工艺。离子注入可以在室温下进行，这就拓宽了注入掩蔽膜的选择，如光刻胶、铝、金等都可以作为离子注入的掩蔽膜。 （5）离子注入会在晶体中引入晶格损伤，并使杂质失去电活性，这可通过退火技术来消除。 注入离子的能量损失机构 ？注入的离子以很高的能量注进去，它会不会穿透晶片呢？如果不会穿透，它应该在什么地方停止下来？？该如何控制？？ 从离子注入机出来的高能离子投射到靶表面，其中绝大部分离子都会进入到靶内。进去的离子不断遭受靶原子的阻挡作用而逐步损失能量，最终能量耗竭，停止在靶内某处。 原子核阻挡 注入离子在靶内受到的两种碰撞机构 电子阻挡 一般来讲，靶原子核和核外电子对注入离子的阻挡作用是不相同的： 离子与靶原子核两者的质量一般属同一数量级，所以它们相撞后，离子运动方向将发生较大的偏析，同时传递给靶核的能量也较大； 离子与电子相撞时，由于电子质量比离子质量小几个数量级，故在一次碰撞中离子损失能量较小，散射角也小，可以忽略不计，即，可以认为，离子与靶中电子相撞后，其运动方向不变。 故此，入射离子能量的损失可分为两个彼此独立的过程：核阻挡和电子阻挡。 ？哪些杂质以核阻挡为主，哪些又以电子阻挡为主呢？？ 一般来讲，注入离子在低能范围内，核阻挡起主要作用，在高能范围，以电子阻挡为主；重离子以核阻挡为主，轻离子以电子阻挡为主； 注入深度 1、射程及其简单估算 进入靶中的离子将不断和靶内原子核及核外电子发生碰撞，碰撞使离子运动方向发生偏析，并不断失去能量，最终在靶内某处停止下来。因而离子从进入靶起到停止运动，将走过一条十分曲折的路径。设每相临两次碰撞所经历的路程依次为l1、 l2、 l3、 l4、… l n 则离子从进入靶内开始到停止所通过的路径的总距离为: R= l1+ l2+ l3+ l4+ … l n 2、投影射程与几率分布函数 对微电子而言，感兴趣的并不是离子所经历的总路径R，而是R在靶片内法线方向上的投影长度，称为投影射程，记为z p。 投影射程反映了离子注入靶中的有效深度，习惯上将投影射程称为射程，射程分布意为投影射程分布。 对非晶靶态，离子在靶中的射程是一个随机过程。因此，当注入离子较少时，其射程分布是杂乱无章的，但随着入射离子数的增加，其射程分布将表现出一定的统计分布规律，故引入几率分布函数的概念。 设几率分布函数为g (E, z p)，则 g (E, z p) d z p表示一个能量为E的离子垂直入射时，其射程分布在 z p~ z p+ d z p之间的几率，于是，g (E, z p) 就表示离子分布在z p附近单位射程范围内的几率。 则，几率分布函数必满足： ∫0∞ g (E, z p) d z p=1 根据几率分布函数可得离子射程分布的一些特征量，它们是平均投影射程R p、标准偏差△ R p、偏斜度γ1、和峭度β2。其表达式分别为： = 其中， R p反映了离子注入的平均深度； △ R p反映了射程的分散程度，即分布宽度； 注入离子在非晶靶中的浓度分布 热扩散时，杂质在晶体内部的分布符合余误差函数分布或高斯分布，那么，离子注入后，杂质在晶体内部又满足什么样的浓度分布呢？？ 注入离子在靶中的浓度分别是大量离子统计分布的结果，根据统计规律假定一个几率分布函数h (z),则离子注入浓度分布为： N (z)=Q0 h (z) 式中， Q0 为注入离子总数，即杂质量。 对微电子器件现在经常使用的几率分布函数有以下几种。 1、对称的高斯分布函数 它的几率分布函数为： 杂质浓度分布如下图所示： 它对称的分布在z=R p两边，峰值位于z=R p处。其值为： 2、相连的半高斯分布 实践表明，许多离