《离子注入》PPT课件(I)

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1、第八章：离子注入掺杂技术之二8.1引言离子注入的概念：离子注入是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、束斑高能离子轰击（氩离子为例）1.离子反射（能量很小）2.离子吸附（<10eV）3.溅射（0.5keV~5keV）4.离子注入（>10keV）离子注入是继扩散之后的第二种掺杂技术，是现代先进的集成电路制造工艺中非常重要的技术。有些特殊的掺杂（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。离子注入系统离子注入的优点：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

2、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。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均匀性。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。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.横

3、向扩散小离子注入具有高度的方向性，虽然散射会引起一定横向杂质分布，但横向尺度远小于扩散。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使用二氧化硅注入缓冲层高温退火修复损伤2.注入设备复杂昂贵8.2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：离子每平方厘米其中I为束流，单位是安培t为注入时间，单位是秒q为电子电荷，等于1.6×10－19库仑n为每个离子的电荷数A为注入面积，单位为cm2—束斑注入能量离子注入的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

4、运动，它的能量为100KEV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。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平均投影射程离子束中的各个离子虽然能量相等但每个离子与靶原子和电子的碰撞次数和能量损失都是随机的，使得能量完全相同的同种离子在靶中的投影射程也不等，存在一个统计分布。离子的平均投影射程RP

5、为其中N为入射离子总数，RPi为第i个离子的投影射程离子投影射程的平均标准偏差△RP为其中N为入射离子总数Rp为平均投影射程Rpi为第i个离子的投影射程离子注入浓度分布LSS理论描述了注入离子在无定形靶中的浓度分布为高斯分布其方程为其中φ为注入剂量χ为离样品表面的深度Rp为平均投影射程△Rp为投影射程的平均标准偏差离子注入的浓度分布曲线离子注入浓度分布的最大浓度Nmax从上式可知，注入离子的剂量φ越大，浓度峰值越高从浓度分布图看出，最大浓度位置在样品内的平均投影射程处离子注入结深Xj其中NB为衬底浓度RP和△RP的计算很复杂，有表可以查用入射能量（

6、KEV）注入的离子20406080100120140160180BRP66213021903246529943496397444324872RP283443556641710766813854890PRP25348673089112381497175720192279RP119212298380456528595659719AsRP1592693744785826867918981005RP5999136172207241275308341（一）各种离子在Si中的Rp和△Rp值(Å)（二）各种离子在光刻胶中的Rp和△Rp值(Å)入射能量（KE

7、V）注入的离子20406080100120140160180BRP22674587673687211056912305139471551117007RP475763955109512021288135914201472PRP86616542474332041825053592768037675RP19835349963676588699911041203AsRP67311291553196623752783319236024015RP126207286349415480543606667（三）各种离子在SiO2中的Rp和△Rp值(Å)入射能量

8、（KEV）注入的离子20406080100120140160180BRP6221283192125283140365341