半导体工艺与制造技术习题答案(第四章 离子注入).pdfVIP

第四章 离子注入与快速热处理 1.下图为一个典型的离子注入系统。 （1）给出1-6 数字标识部分的名称，简述其作用。 （2 ）阐述部件2 的工作原理。 2 5 3 4 1 6 答：（1）1：离子源，用于产生注入用的离子； 2 ：分析磁块，用于将分选所需的离子； 3 ：加速器，使离子获得所需能量； 4 ：中性束闸与中性束阱，使中性原子束因直线前进不能达到靶室； 5：X Y 扫描板，使离子在整个靶片上均匀注入； 6：法拉第杯，收集束流测量注入剂量。 （2 ）由离子源引出的离子流含有各种成分，其中大多数是电离的，离子束进入一个低压腔 体内，该腔体内的磁场方向垂直于离子束的速度方向，利用磁场对荷质比不同的离子产生的 偏转作用大小不同，偏转半径由公式： 决定。最后在特定半径位置采用 一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。 2.离子在靶内运动时，损失能量可分为核阻滞和电子阻滞，解释什么是核阻滞、 电子阻滞？两种阻滞本领与注入离子能量具体有何关系？ 答：核阻滞即核碰撞，是注入离子与靶原子核之间的相互碰撞。因两者质量是同一数量级， 一次碰撞可以损失很多能量，且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置，留 下空位，形成缺陷。 电子阻滞即电子碰撞，是注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的相互碰撞。因离子 质量比电子质量大很多，每次碰撞损失的能量很少，且都是小角度散射，且方向随机，故经 多次散射，离子运动方向基本不变。 在一级近似下，核阻滞本领与能量无关；电子阻滞本领与能量的平方根成正比。 3.什么是离子注入横向效应？同等能量注入时，As 和B 哪种横向效应更大？为什 么？ 答：离子注入的横向效应是指，注入过程中，除了垂直方向外，离子还向横向掩膜下部分 进行移动，导致实际注入区域大于掩膜窗口的效应。 B 的横向效应更大，因为在能量一定的情况下，轻离子比重离子的射程要深且标准差更大。 4.热退火用于消除离子注入造成的损伤，温度要低于杂质热扩散的温度，然而， 杂质纵向分布仍会出现高斯展宽与拖尾现象，解释其原因。 答：离子注入后会对晶格造成简单晶格损伤和非晶层形成；损伤晶体空位密度要大于非损 伤晶体，且存在大量间隙原子核其他缺陷，使扩散系数增大，扩散效应增强；故虽然热退火 温度低于热扩散温度，但杂质的扩散也是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现象。 5.什么是离子注入中常发生的沟道效应（Channeling ）和临界角？怎样避免沟道 效应？ 答：沟道效应，即当离子入射方向平行于主晶轴时，将很少受到核碰撞，离子将沿沟道运 动，注入深度很深。由于沟道效应，使注入离子浓度的分布产生很长的拖尾；对于轻原子注 入到重原子靶内是，拖尾效应尤其明显。 临界角是用来衡量注入是否会发生沟道效应的一个阈值量，当离子的速度矢量与主要晶轴 方向的夹角比临界角大得多的时候，则很少发生沟道效应。临界角可用下式表示： 6.什么是固相外延（SPE ）及固相外延中存在的问题？ 答：固相外延是指半导体单晶上的非晶层在低于该材料的熔点或共晶点温度下外延再结晶 的过程。热退火的过程就是一个固相外延的过程。 高剂量注入会导致稳定的位错环，非晶区在经过热退火固相外延后，位错环的最大浓度会 位于非晶和晶体硅的界面处，这样的界面缺陷称为射程末端缺陷。若位错环位于PN 结耗尽 区附近，会产生大的漏电流，位错环与金属杂质结合时更严重。因此，选择的退火过程应当 能够产生足够的杂质扩散，使位错环