离子注入.ppt

离子注入微电子工艺[5],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,掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定,掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定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,获得较高的动能注入材料表层(靶)(1011-1017cm-2)和能量(5-500keV)来达到,均匀性及重复性很好同一平面上杂质掺杂分布非常均匀(±1%variationacrossan8’’wafer)非平衡过程,不受固溶度限制,可做到浅结低浓度或深结高浓度注入元素通过质量分析器选取,纯度高,能量单一低温过程(因此可用多种材料作掩膜,如金属、光刻胶、介质);避免了高温过程引起的热扩散;易于实现对化合物半导体的掺杂(高温热扩散时化合物组分会变化);横向效应比气固相扩散小得多,有利于器件尺寸的缩小离子注入通过Si表面上的薄膜注入到Si中,防止了污染,自由度大会产生缺陷,甚至非晶化,必须经高温退火加以改进设备相对复杂、相对昂贵(尤其是超低能量离子注入机)有不安全因素,如高压、有毒气体AdvantagesofIonImplantation1. PreciseControlofDopantConcentration2. GoodDopantUniformity3. rationDepth4. ProducesaPureBeamofIons5. LowTemperatureProcessing6. AbilitytoImplantDopantsThroughFilms7. NoSolidSolubilityLimit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。R:射程(range)离子在靶内的总路线长度Xp:投影射程(projectedrange)R在入射方向上的投影射程分布:平均投影射程Rp,标准偏差Rp,横向标准偏差RRp:标准偏差(Straggling),任何一个注入离子在靶内所受到的碰撞是一个随机过程。相同质量且相同初始能量的离子有一空间分布,投影射程的统计涨落称为投影偏差(标准偏差),即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偏差。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)核碰撞(nuclearstopping)(2)电子碰撞(electronicstopping)阻止本领(stoppingpower):材料中注入离子的能量损失大小。(LSS理论)核碰撞:能量为E的一个注入离子与靶原子核碰撞,离子能量转移到原子核上,结果将使离子改变运动方向,而靶原子核可能离开原位,成为间隙原子核,或只是能量增加。核阻止本领能量为E的注入离子在单位密度靶内运动单位长度时,损失给靶原子核的能量。核碰撞碰撞参数p≤r1+r2