半导体制造技术第十七章.pptVIP

离子注入过程是一个非平衡过程，高能离子进入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。第30页，共68页，星期日，2025年，2月5日离子注入剂量注入剂量是单位面积晶圆表面注入的离子数，可通过下面的公式计算得出I：束流单位：库仑/秒（安培）E：电子电荷1.6×10-19库仑t：注入时间（秒）n：离子电荷（如B＋等于1）A：注入面积单位cm2第31页，共68页，星期日，2025年，2月5日离子射程离子射程就是注入时，离子进入晶圆内部后，从表面到停止所经过的路程。入射离子能量越高，射程就会越长。投影射程是离子注入晶圆内部的深度，它取决于离子的质量、能量、晶圆的质量以及离子入射方向与晶向之间的关系。有的离子射程远，有的射程近，而有的离子还会发生横向移动，综合所有的离子运动，就产生了投影偏差。第32页，共68页，星期日，2025年，2月5日杂质离子的射程和投影射程IncidentionbeamSiliconsubstrateStoppingpointforasingleionRpDRpdopantdistributionFigure17.7第33页，共68页，星期日，2025年，2月5日离子注入机的种类Table17.6第34页，共68页，星期日，2025年，2月5日核碰撞和电子碰撞注入离子如何在晶圆内静止？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。核碰撞（核阻止nuclearstopping）电子碰撞（电子阻止electronicstopping）总能量损失为核碰撞与电子碰撞的和。第35页，共68页，星期日，2025年，2月5日核碰撞——注入离子与靶内原子核间的碰撞两粒子之间的相互作用力是电荷作用。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。第36页，共68页，星期日，2025年，2月5日电子碰撞——注入离子与靶内自由电子以及束缚电子间的碰撞，能瞬时地形成电子-空穴对。两者质量相差极大（104量级），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。第37页，共68页，星期日，2025年，2月5日总阻止本领（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第38页，共68页，星期日，2025年，2月5日横向效应杂质与硅原子碰撞所产生的散射会造成杂质往横向注入。横向效应是指注入离子在垂直入射方向的平面内的分布情况，会影响MOS管的有效沟道长度。横向效应与注入离子的种类及入射离子的能量有关。第39页，共68页，星期日，2025年，2月5日沟道效应沟道效应：对晶体靶进行离子注入时，由于晶体排列的特性使得某些角度上有长距离的开口。假如注入离子运动方向与这些隧道般的开口相平行，这些注入的离子将不会与靶原子发生碰撞而深深地注入衬底之中。沟道效应导致对注入离子在深度控制上有困难，使离子的注入距离超出预期的深度，使元件的功能受损。第40页，共68页，星期日，2025年，2月5日110111100倾斜旋转硅片后的无序方向1.8?第41页，共68页，星期日，2025年，2月5日控制沟道效应的方法倾斜硅片掩蔽氧化层硅预非晶化使用质量较大的原子第42页，共68页，星期日，2025年，2月5日离子注入机IonsourceAnalyzingmagnetAccelerationcolumnIonbeamPlasmaProcesschamberExtractionassemblyScanningdisk离子注入机的主要部件有：离子源、质量分析器、加速器、聚焦器、扫描系统以及工艺室等。第43页，共68页，星期日，2025年，2月5日离子注入机PhotographcourtesyofVarianSemiconductor,VIISion80Source/TerminalsidePhoto17.1第44页，共68页，星期日，2025年，2月5日