离子注入和快速退火工艺处理论文自然科学文章_论文-自然科学文章.pdf

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1、离子注入和快速退火工艺 离子注入是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。注入能量介 于 1keV到 1MeV 之间，注入深度平均可达 10nm10um，离子剂量变动范围从 用于阈值电压调整的 1012/cm3到形成绝缘层的 1018/cm3。相对于扩散工艺，离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂、可重复性和较低的工艺温度。高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量，最后停在晶格内 某一深度。平均深度由于调整加速能量来控制。杂质剂量可由注入时监控离子电 流来控制。主要副作用是离子碰撞引起的半导体晶格断裂或损伤。因此，后续的 退化处理用来去除这些损伤 1 离子分布 0 5 4

2、0 kV 井析 0 U 谢 甑在品片工 和斶机 屮性束和烏于 H 束冏托蹭程 JH7-2中却能卅离子注人扒血现圏(a)离子射程斤及投解射程给的示总图 一个离子在停止前所经过的总距离，称为射程 R。此距离在入射轴方向上的 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停

3、止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对投影称为投影射程 Rp。投影射程的统计涨落称为投影偏差 c p。沿着入射轴的垂 直的方向上亦有一统计涨落，称为横向偏差 c丄 S为单位面积的离子注入剂量，此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式。沿 x 轴移动了一个 Rp。回忆公式:对于扩散，最大浓度为 x=0;对于离子注入，位于 Rp处。在（x Rp）=CP处，离子浓度比其峰值降低了 40%。在2 dp 处则将为 10%。在3

4、 g 处为 1%。在4 g处将为 0.001%。沿着垂直于入射轴的方向上，其分布亦为高斯分布，可 用：V2 比 P（一 j）-表示。因为这种形式的分布也会参数某些横向注入。2 离子中止 使荷能离子进入半导体衬底后静止有两种机制。一是离子能量传给衬底原子核，是入射离子偏转，也使原子核从格点移出。设 E是离子位于其运动路径上某点 x 处的能量，定义核原子中止能力:下图显示了离子分布 数来近似：,沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函 tbJirtAl F前：揀挣布1勾 田了甘千竹礴情国 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准

5、确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对二是入射离子与衬底原子的电子云相互作用，通过库仑作用，离子与电子碰 撞失去能量，电子则被激发至咼能

6、级或脱离原子。定义电子中止能力:离子能量随距离的平均损耗可由上述两种阻止机制的叠加而得:如果一个离子在停下来之前，所经过的总距离为 R，则 dE E0为初始离子能量，R为射程。核阻止过程可以看成是一个入射离子硬球与衬底核硬球之间的弹性碰撞 M1 电子中止能力与入射离子的速度成正比：其中系数 ke 是原子质量和原子序数的弱相关函数。硅的 ke 值 107(eV)1/2/cm。砷化傢的 ke 值为 3 xiO7(eV)1/2/cm 离子中止两种机制：一是离子能量传给衬底原子核，是入射离子偏转，也使 转移给 M2的能量为:深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离

7、子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对原子核从格点移出。二是入射离子与衬底原子的电子云相互作用，通过库仑作用,

8、离子与电子碰撞失去能量，电子则被激发至咼能级或脱离原子 硅中电子中止能力如虚线所示，交叉能量点是 Sn(E)=Se(E)。一旦 Sn(E)和 Se(E)已知，可计算处射程范围。可以用下述近似方程式来求得投影射程与投影 1+炷 q 3 V,偏差：-33 7-投他射程，投議傭爹和様向如亘比独 3 离子注入的沟道效应硅晶俸Hrl括 換中it 电宇中止 阿 MM tOOQ A rx 于 fit!量 哥-5 5L时种.确一翦琦于的14中止施力SEhEil亍中I卜傭力 衆已故的址点时由屮止備力拥等时的甜 P和比吐中 的bH、Zc利Te在辟比專中的flt番射 投匿KI建和損向厲蛙 裡、找母情芒和1向值差 Q

9、 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回

10、忆公式对前述高斯分布的投影射程及投影的标准偏差能很好地说明非晶硅或小晶粒 多晶硅衬底的注入离子分布。只要离子束方向偏离低指数晶向 111，硅和砷 化镓中的分布状态就如在非晶半导体中一样。在此情况下，靠近峰值处的实际杂 质分布，可用“高斯分布函数”来表示，即使延伸到低于峰值一至两个数量级处 也一样，这表示在下图中。然而即使只偏离 111晶向 7度，仍会有一个随距离 而成指数级 exp(-x/力变化的尾区，其中入的典型的数量级为 O.lum。衬底定位时有意偏离晶向情况下的杂质分布。离子束从111轴偏离 7度入 指数型尾区与离子注入沟道效应有关，当入射离子对准一个主要的晶向 并被导向在各排列晶体原子

11、之间时，沟道效应就会发生。图为沿 110方向观 测金刚石晶格的示意图。离子沿110方向入射，因为它与靶原子较远，使它 在和核碰撞时不会损伤大量能量。对沟道离子来说，唯一的能量损伤机制是电子 阻止，因此沟道离子的射程可以比在非晶硅靶中大得多。4 离子进入的角度及通道 图7-7 靶定位时右立偏离品向惘况下的 永质分布.囲中离子束人射存向 偏离门“抽7D 1 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去

12、除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对 沟道效应降低的技巧 1、覆盖一层非晶体的表面层、将硅芯片转向或在硅芯片表面制造一个损伤 的表层。常用的覆盖层非晶体材料只是一层薄的氧化层 图(a)，此层可使离子束 的方向随机化，使离子以不同角度进入硅芯片而不直接进入硅晶体沟道。2、将硅

13、芯片偏离主平面 5-10度，也能有防止离子进入沟道的效果图(b)此方法大部分的注入机器将硅芯片倾斜 7度并从平边扭转 22度以防止沟道效应。3、先注入大量硅或锗原子以破坏硅芯片表面，可在硅芯片表面产生一个随 机层图(c)，这种方法需使用昂贵的离子注入机。5 注入损伤与退火 离子注入中，与原子核碰撞后转移足够的能量给晶格，使基质原子离开晶格 位置而造成注入损伤(晶格无序)。这些离位的在也许获得入射能量的大部分，接着如骨牌效应导致邻近原子的相继移位而形成一个沿着离子路径的树枝状的 无序区。当单位体积内移位的原子数接近半导体的原子密度时，单晶材料便成为 5)经过仆品体注入(b平时准晶轴的入c)在单晶

14、泾H的预先描愣 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿

15、轴移动了一个回忆公式对非晶材料 轻离子的树枝状的无序区不同于重离子。轻离子(11B+)大多数的能量损 伤起因于电子碰撞，这并不导致晶格损伤。离子的能量会减低至交叉点能量，而 在那里核阻止会成为主导。因此，晶格无序发生在离子最终的位置附近。如下图(a)所示。重离子的能量损失主要是原子核碰撞，因此预期有大量的损伤 要估计将单晶转变为非晶材料所需的能量，可以利用一个判据，即认为注入 量应该与融化材料所需的能量密度(1021keV/cm3)在数量级上相同。对于 100keV的砷离子来说，形成非晶硅所需的剂量为 吐1也閔屮个离子加 6 退火 由于离子注入所造成的损伤区及畸形团，使迁移率和寿命等半导体参数

16、受到 影响。此外，大部分的离子在被注入时并不位于置换位置。为激活被注入的离子 并恢复迁移率与其它材料参数，必须在适当的时间与温度下将半导体退火 除注入损伤。但会造成大量杂质扩散而无法符合浅结及窄杂质分布的需求。快速热退火（RTA）是一种采用各种能源、退火时间范围很宽（100s到纳 秒）的退如下图(b)所示。他X S7-10亶于注人引製的无序託 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤

17、因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对火工艺。RTA 可以在最小的杂质再分布情况下完全激活杂质。退火：将注入离子的硅片在一定温度和真空或氮、氩等高纯气体的保护下，经过适当时间的热处理，部分或全部消除硅片中的损伤，少数载流子的寿命及迁移率也会不同程度 的得到恢复，电激活掺入的杂质 分为普

18、通热退火、硼的退火特性、磷的退火特性、扩散效应、快速退火 普通热退火：退火时间通常为 15-30min,使用通常的扩散炉，在真空或 氮、氩等气体的保护下对衬底作退火处理。缺点：清除缺陷不完全，注入 杂质激活不高，退火温度高、时间长，导致杂质再分布。7 硼与磷的传统退火 退火的特性与掺杂种类及所含剂量有关 741盹摊韵邇籾瞬靑子获星怡妙需鞘退比旳厦即注人的黄瘵深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用

19、来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对硼的退火特性 1 区单调上升：点缺陷、陷井缺陷消除、自由载流子增加 2 区出现反退火特性：代位硼减少，淀积在位错上 3 区单调上升 剂量越大，所需退火温度越高。痛的暹火晴it 国中绐出酌是珊禽子lUlSOkeVfif 能量和 三个不同

20、剂量注入睚中的退火特性=如阴所示可以把退火温產分为三个医域.10|150keV n-Ts-25C.nx mz nuz 恤=虻仙 QIJ01 0 500 00 700 300 900 1000 TACO 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离

21、称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对磷的退火特性 杂质浓度达 1015以上时出现无定形硅退火温度达到 600 C800 C 对于汪入区的朵丘 即便在匕磁佬的ifiJS F杂酎 散也是菲席显者的.这是因対?主入篙子所喳成罰晶格転怪，桧堆內的空伍靈度比费平酌町晶体申审空应越虔要丸律聖 另外，由于詔子生入崔便晶侮内疔杞天塑的间阻原子般 神掀陪这些 都盒便扩敵抹敢増大，H散奴埋堀强.园此 疽州也称*嗨火过程屮的夕凱为増强H散 n 星

22、谍退火晶片潘足半尢限大条件则汪M歲婭叫 后在靶网附分布训愍是告期圍埜，直抵惟喘差要百曲修止.分布雷数的表这式対；-x-f HAS?4 加 p 式中阳扩敞赢斟D比相限度下葩中的扩敢桶妥 丈几倍甚至几十倍I対且r不同衽人区旳册怖不同 备班 的扩散系。也有彳辰大的差豹.8 快速热退火 一个具有瞬间光加热的快速热退火系统 g 胡-込-时 ejqj(严(朋；十2血严 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用

23、来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对表为传统炉管与 RTA 技术的比较。为获得较短的工艺时间，需在温度和工艺 的不均匀性、温度测量与控制、硅芯片的应力与产率间作取舍。抉速退夬 侠速退火可以势为：除光退火、电孑束退火、舸孑束退火、非相干光退火等等.苴退火时间在ICT-IO

24、%间，亦称瞬态退火.忧点：先焰化再结品，时闾快，杂质東不站散 RHr 设备采用洁华大学蹴电子所发明的红外光快速热处理技术.该技术采用 倉频感应加歸英腔内的高吨廈石董作为红外辐射热痂使晶片在石墨腔肉迅速 井温通當约三秒可达 100庁一而在加熱区外迅園第蟲 该设备具有升溫快，加 热均匀热处理后晶片不喪形等忧点.快速热退火 表*M 按术比较 眺定因素 谢规退火炉技术 快谨热迫火技术 加工率式 分At式 迫片式 炉况 热壁 冷壁 加葩速率 低 猎环周期 短 温度监测 炉 阳片 热砂讣耳 A 低 尘埃问题 存在 廉小化 均匀性和垂星性 低 生产救率 髙 低 9 注入相关工艺多次注入及掩蔽 二0*0=40

25、 KT*3 CPR 40Tfl ft*E laJtBSW 图卜M 掩粮救率为99.卿帰时折hSflNN 和 光致抗1*曲K）的螯小厚度w 10倾斜角度离子注入 当器件缩小到亚微米尺寸时，将杂质分布垂直方向也缩写是很重要的。现代 器件结构如轻掺杂漏极（LDD），需要在纵向和横向上精确控制杂质分布。垂直 于表面的离子速度决定注入分布的投影射程。如果硅芯片相对于离子束倾斜了一 个很大的角度，则等效离子能量将大为减少。在倾斜角度离子注入时，需考虑硅芯片上掩蔽图案的阴影效应。较小的倾斜 角度导致一个小阴影区。如高为 0.5um的掩蔽层，离子束的入射角为 7度，将导 致一个 61nm 的阴影区。可能是器件

26、产生一个预想不到的串联电阻。60keV砷入射到硅中，相对浓度分布为离子束倾斜角度的函数，内插图所示 是倾斜角度离子注入的阴影区 LOO E(keV)深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入

27、射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对 11 高能量与大电流注入 注入机能量可高达 1.5-5MeV，且已用作多种新型用途。主要利用其能将杂 质掺入半导体内深达好几个微米的能力而不需要借助高温下长时间的扩散。也可 用于制作低电阻埋层。例如，CMOS 器件中距离表面深达 1.5 到 3um的埋层。大电流注入机（10-20mA）工作在 25-30keV 范围下，通常用于扩散技术中 的预置处理。因为其总量能够精确控制。在预置后，掺杂剂可以用高温扩散步骤 再分布，同时顺便将表面区的注入损

28、伤修补。另一用途就是 MOS 器件的阈值电 压调整，精确控制的杂质量经栅极氧化层注入沟道区。目前，已有能量范围介于 150-200keV 的大电流离子注入。主要用途是制作 高品质硅层，通过向硅层中注入氧来生成二氧化硅从而使该硅层与衬底绝缘。这 种氧注入隔离（SIMOX）是一种绝缘层上硅（SOI）的关键技术。2.8 离子注入主要参数 110 2D3044JWWTO80 601*eV的畔离于注人耐中时与用斜角盛的帝战关毎 葬申怖图竄冠高干注人带曲的蔽借城 s77辛 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低

29、的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对 离子注入的几何说明：a:离子束注入面 刀：表面 B:模拟的平面 9:离子束方向与 y 轴方向的夹角:离子束与模拟平面之间的夹角

30、 参数说明：Species:注入的杂质种类 Energy：注入能量（KeV）Dose:注入剂量，单位 cm-2 Tilt:离子束注入的纵向角度，默认值是 7o Rotation:离子束与模拟平面之间的夹角，默认值是 30o 12 离子注入系统 离子源：用于离化杂质的容器。常用的杂质源气体有 BF3、AsH3和 PH3等。质量分析器：不同离子具有不同的电荷质量比，因而在分析器磁场中偏转的 角度不同，由此可分离出所需的杂质离子，且离子束很纯 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于

31、与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对加速器：为高压静电场，用来对离子束加速。该加速能量是决定离子注入深 度的一个重要参量。中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分离中性原子。聚焦系统：用来将

32、加速后的离子聚集成直径为数毫米的离子束。偏转扫描系统：用来实现离子束 x、y 方向的一定面积内进行扫描 工作室：放置样品的地方，其位置可调 13 离子注入主要解决的问题 1）纯度 2）深度 3）浓度 4）均匀性 5）稳定性 14离子注入优缺点 优点：1）可在较低的温度下，将各种杂质掺入到不同的半导体中;2）能精确控制掺入基片内杂质的浓度分布和注入深度；3）可以实现大面积均匀掺杂，而且重复性好；4）掺入杂质纯度高;5）获得主浓度扩散层不受故浓度限制 工作室 抽頁空 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较

33、低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对6）由于注入粒子的直射性，杂质的横向扩散小；7）可以置备理想的杂质分布；8）可以通过半导体表面上一定厚度的四 SiO2 膜进行

34、注入而实行掺杂；9）工艺条件容易控制。缺点：1）高能离子注入改变晶格结构；2）设备贵 深度平均可达离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的到形成绝缘层的相对于扩散工艺离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂可重复性和较低的工艺温度高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量最后停在撞引起的半导体晶格断裂或损伤退化处理用来去除这些损伤因此后续的离子布井析和斶机屮性束和烏于束冏托蹭程工谢甑在品片中却能卅离子注人扒血现圏离子射程斤及投解射程给的示总图一个离子在停止前所经过的总距离称为射一统计涨落称为横向偏差丄下图显示了离子分布沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似前揀挣布勾田了甘千竹礴情国为单位面积的离子注入剂量此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式沿轴移动了一个回忆公式对