集成电路工艺基础培训课件(powerpoint 52页).ppt

Chap 4 离子注入
核碰撞和电子碰撞
注入离子在无定形靶中的分布
注入损伤
热退火
第一页，编辑于星期六：十九点 十七分。
离子注入
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 十七分。
随能量增加，投影射程增加
能量一定时，轻离子比重离子的射程深。
射程与能量的关系
注入离子在无定形靶中的分布
第二十三页，编辑于星期六：十九点 十七分。
以上讨论的是无定形靶的情形。
无定形材料中原子排列无序，靶对入射离子的阻止作用是各向同性的
一定能量的离子沿不同方向射入靶中将会得到相同的平均射程。
实际的硅片——单晶
在单晶靶中，原子是按一定规律周期地重复排列，而且晶格具有一定的对称性。
靶对入射离子的阻止作用将不是各向同性的，而与晶体取向有关。
**离子注入的沟道效应
第二十四页，编辑于星期六：十九点 十七分。
**离子注入的沟道效应
第二十五页，编辑于星期六：十九点 十七分。
**离子注入的沟道效应
定义：当离子注入的方向与靶晶体的某个晶向平行时，一些离子将沿沟道运动。沟道离子唯一的能量损失机制是电子阻止，因此注入离子的能量损失率就很低，故注入深度较大。
离子方向=沟道方向时………离子因为没有碰到晶格而长驱直入………
效果：在不应该存在杂质的深度发现杂质——多出了一个峰！
第二十六页，编辑于星期六：十九点 十七分。
射程分布与注入方向的关系
第二十七页，编辑于星期六：十九点 十七分。
怎么解决？？？
倾斜样品表面，晶体的主轴方向偏离注入方向，典型值为7°。
先重轰击晶格表面，形成无定型层
表面长二氧化硅薄层
第二十八页，编辑于星期六：十九点 十七分。
怎么解决？？？
第二十九页，编辑于星期六：十九点 十七分。
浅结的形成
为了抑制MOS晶体管的穿通电流和减小器件的短沟效应，要求减小CMOS的源/漏结的结深
形成硼的浅结较困难，目前采用的方法：
硼质量较轻，投影射程深，故采用BF2分子注入法
F的电活性、B的扩散系数高
B被偏转进入主晶轴的几率大
降低注入离子的能量形成浅结
低能下沟道效应比较明显，且离子的稳定向较差。
预先非晶化
注B之前，先用重离子高剂量注入，使硅表面变为非晶的表面层。
第三十页，编辑于星期六：十九点 十七分。
注入后发生了什么………
晶格损伤和无定型层
靶原子在碰撞过程中，获得能量，离开晶格位置，进入间隙，形成间隙－空位缺陷对；
脱离晶格位置的靶原子与其它靶原子碰撞，也可使得被碰靶原子脱离晶格位置。
缺陷的存在使得半导体中载流子的迁移率下降，少子寿命缩短，影响器件性能。
杂质未激活
在注入的离子中，只有少量的离子处在电激活的晶格位置。
第三十一页，编辑于星期六：十九点 十七分。
注入损伤
级联碰撞？
简单晶格损伤
孤立的点缺陷或缺陷群（注入离子每次传递给硅原子的能量约等于移位阈能）
局部的非晶区域（单位体积的移位原子数目接近半导体的原子密度）
非晶层
注入离子引起损伤的积累
第三十二页，编辑于星期六：十九点 十七分。
轻离子注入
第三十三页，编辑于星期六：十九点 十七分。
重离子注入
第三十四页，编辑于星期六：十九点 十七分。
非晶层的形成
第三十五页，编辑于星期六：十九点 十七分。
注入后需要做什么……
退火：
定义：
又叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火
作用
激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到杂质的作用
消除损伤
第三十六页，编辑于星期六：十九点 十七分。
注入后需要做什么……
退火：
退火方式：
炉退火
快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨加热器、红外设备等)
第三十七页，编辑于星期六：十九点 十七分。
注入后需要做什么……
退火：
原理
高温下，原子振动能↑，移动能力↑，可使复杂损伤分解为简单缺陷（如空位、间隙原子等），简单缺陷以较高的迁移率移动，复合后缺陷消失。
高温下，非晶区域损伤恢复发生在损伤区与结晶区的交界面，即由单晶区向非晶区通过固相外延或液相外延而使整个非晶区得到恢复。
第三十八页，编辑于星期六：十九点 十七分。
硼的退火特性
低剂量（8×1012/cm2）
电激活比例随温度上升而增加
高剂量（1014/cm2和1015/cm2）
退火温度可以分为三个区域
500℃以下，电激活比例又随温度上升而增加
500～600℃范围内，出现逆退火特性
晶格损伤解离而释放出大量的间隙Si原子，这些间隙Si原子与替位B原子接近时，可以相互换位，使得B原子进入晶格间隙，激活率下降。
600℃以上，电激活比例又随温