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第四章：离子注入
掺杂技术之二
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为什么开发离子注入技术？
随着器件特征尺寸的减小，出现的一些特殊的掺杂（如小剂量浅结掺杂、深浓度峰分布掺杂等）扩散是无法实现的，而离子注入却能胜任。
离子注入是继扩散之后发展起来的第二种掺杂技术
离子注入成为现代集成电路制造的主流工艺
引 言
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引 言
离子注入的概念：
在高真空的复杂系统中，产生电离杂质并形成高能量的离子束，入射到硅片靶中进行掺杂的过程。
束流、束斑
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离子注入的优点：
1. 精确地控制掺杂浓度和掺杂深度
离子注入层的深度依赖于离子能量、杂质浓度依
赖于离子剂量，可以独立地调整能量和剂量，精
确地控制掺杂层的深度和浓度，工艺自由度大。
2. 可以获得任意的杂质浓度分布
由于离子注入的浓度峰在体内，所以基于第1点
采用多次叠加注入，可以获得任意形状的杂质分
布，增大了设计的灵活性。
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离子注入的优点：
3. 杂质浓度均匀性、重复性好
用扫描的方法控制杂质浓度的均匀性，在1010～
1017ions/cm2的范围内，均匀性达到±2％而扩散在
± 10％，1013ions/cm2以下的小剂量，扩散无法实
现。
4. 掺杂温度低
注入可在125℃以下的温度进行，允许使用不同
的注入阻挡层（如光刻胶）增加了工艺的灵活性
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离子注入的优点：
5. 沾污少
质量分离技术产生没有沾污的纯离子束， 减少了由于杂质源纯度低带来的沾污，另外低温工艺也减少了掺杂沾污。
6. 无固溶度极限
注入杂质浓度不受硅片固溶度限制
离子注入的缺点：
1. 高能杂质离子轰击硅原子将产生晶格损伤
2. 注入设备复杂昂贵
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离子注入工艺原理
离子注入参数
注入剂量φ
注入剂量φ是样品表面单位面积注入的离子总数。单位：离子数/cm2

I — 束流，单位：库仑/秒（安培）
t — 注入时间，单位：秒
q — 电子电荷，=×10－19库仑
n — 每个离子的电荷数
A —束斑（即注入区）面积
单位：cm2
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注入能量
离子的注入能量用电子电荷与电势差的乘积来表示。单位：千电子伏特（KEV）
带有一个正电荷的离子在电势差为100KV的电场运动，它的能量为100KEV
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射程、投影射程
具有一定能量的离子入射靶中，与靶原子和电子发生一系列碰撞（即受到了核阻止和电子阻止）进行能量的交换，最后损失了全部能量停止在相应的位置，离子由进入到停止所走过的总距离，称为射程用R表示。这一距离在入射方向上的投影称为投影射程 Rp。投影射程也是停止点与靶表面的垂直距离。
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投影射程示意图
第i个离子在靶中的射程Ri和投影射程Rpi
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