集成电路制造工艺之离子注入

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1、①恒定表面源扩散：扩散过程中，表面的杂质浓度Cs始终保持恒定。杂质分布形式：余误差分布随着扩散时间增大，进入体内的杂质数量增加，结深增大，pn结处的杂质浓度梯度变缓。上节课内容小结菲克第二定律：扩散方程②有限表面源扩散：扩散之前在硅片表面先沉积一层杂质，这层杂质作为扩散的杂质源，不再有新源补充。杂质分布形式：高斯分布随着扩散时间增大，表面杂质浓度降低，结深增大，pn结处的杂质浓度梯度变缓。上节课内容小结两步扩散：采用两种扩散结合的方式。预扩散：较低温度，恒定表面源扩散，提供扩散杂质源主扩散：较高温度，有限表面源扩散，目的是控制表面浓度和扩散深度杂质最终分布形式：D预t预<

2、主，主扩散起决定作用，杂质基本按高斯函数分布。上节课内容小结影响杂质分布的其他因素:Si中的点缺陷（替位、空位、间隙）杂质浓度（掺杂浓度高时）上节课内容小结氧化增强扩散：氧化区下，扩散增强，B，P，机理：间隙Si原子与替位B相互作用，杂质B以替位-间隙交替的方式运动，扩散速度快发射区推进效应：发射区正下方硼的扩散深度加深机理：磷空位对分解，增加空位的浓度，扩散加快产生过剩的间隙Si原子，上节课内容小结二维扩散：横向扩散一般情况下，横向扩散的距离约为纵向扩散距离的75％-85％直接影响ULSI的集成度扩散工艺：固态源、液态源、气态源快速气相掺杂：RTP，形成超浅结气体浸没激光掺杂：

3、浅结，突变结与离子注入一样形成浅结，却无注入损伤且无需退火第四章离子注入离子注入技术是用一定能量的杂质离子束轰击要掺杂的材料（称为靶，可以是晶体，也可以是非晶体），一部分杂质离子会进入靶内，实现掺杂的目的。离子注入是集成电路制造中常用的一种掺杂工艺，尤其是浅结主要是靠离子注入技术实现掺杂。1952年，美国贝尔实验室就开始研究用离子束轰击技术来改善半导体的特性。1954年前后，Shockley提出来用离子注入技术能够制造半导体器件，并且预言采用这种方法可以制造薄基区的高频晶体管。1955年，英国的W.D.Cussins发现硼离子轰击锗晶片时，可在n型材料上形成p型层。1960年，对

4、离子射程的计算和测量、辐射损伤效应以及沟道效应等方面的重要研究己基本完成，离子注入技术开始在半导体器件生产中得到广泛应用。1968年，采用离子注入技术制造出具有突变型杂质分布的变容二极管以及铝栅自对准MOS晶体管。1972年以后对离子注入现象有了更深入的了解，目前离子注入技术已经成为甚大规模集成电路制造中最主要的掺杂工艺。离子注入的发展历史4.1、核碰撞和电子碰撞4.2、注入离子在无定形靶中的分布4.3、注入损伤4.4、热退火4.5、离子注入系统及工艺本章主要内容4.1、核碰撞和电子碰撞1963年，林华德(Lindhard)，沙夫(Scharff)和希奥特(Schiott)。LS

5、S理论（注入离子在靶内的分布理论）：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(核阻止)②电子碰撞(电子阻止)总能量损失为它们的和。核碰撞：是注入离子与靶内原子核之间的相互碰撞。因注入离子与靶原子的质量一般为同一数量级，每次碰撞之后，注入离子都可能发生大角度的散射，并失去一定的能量。靶原子核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进入间隙，并留下一个空位，形成缺陷。由于两者的质量相差非常大(104)，每次碰撞中，注入离子的能量损失很小，而且散射角度也非常小，也就是说每次碰撞都不会改变注入离子的动量，虽然经过多次散射，注入离子运动方向基本

6、不变。电子碰撞：是注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的碰撞，这种碰撞能瞬时地形成电子-空穴对。一个注入离子在其运动路程上任一点x处的能量为E，则核阻止本领就定义为电子阻止本领定义为根据LSS理论，单位距离上，由于核碰撞和电子碰撞，注入离子损失能量为注入离子在靶内运动的总路程核阻止本领和电子阻止本领4.1.1、核阻止本领把注入离子和靶原子看成是两个不带电的硬球，半径分别为R1和R2。碰撞前：R1，M1，Vl，E0R2，M2碰撞后：R1，M1，Ul，E1，1R2，M2，U2，E2，2两球之间的碰撞距离用碰撞参数p表示，只有在p≤(R1+R2)时才能发生碰撞和能量的转移。在p=

7、0时，两球将发生正面碰撞，此时传输的能量最大，用TM表示：不考虑电子屏蔽作用时，注入离子与靶原子之间的势函数为库仑势：其中Z1和Z2分别为两个粒子的原子序数，r为距离。考虑电子屏蔽作用，注入离子与靶原子之间的势函数用下面形式表示：其中f(r/a)为电子屏蔽函数。如果屏蔽函数为：此时注入离子与靶原子核碰撞的能量损失率为常数，用S0n表示。如果采用用托马斯-费米屏蔽函数，核阻止本领与离子能量的关系Sn(E)如图所示。低能量时核阻止本领随离子能量呈线性增加，在某个能量达到最大值高能量时