《理学离子注入》ppt课件

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1、2021/7/191P阱-CMOS流程中的离子注入1.P阱注入2.场注入(P阱内)Vtn03.P管开启注入(P阱外)Vtp4.P+区注入5.N+区注入2021/7/192第四章离子注入工艺§1离子注入工艺设备及原理一.离子注入工艺设备结构2021/7/1932021/7/194离子注入机原理图2021/7/195(一).射程的概念2021/7/196(二).核碰撞和电子碰撞2021/7/1972021/7/198(三)入射离子的分布2021/7/1910*注入离子的分布计算1.平均投影射程Rp,标准偏差R通

2、过查表根据靶材(Si,SiO2,Ge),杂质离子(B,P,As,N),能量(keV)2.单位面积注入电荷:Qss=It/A,I:注入束流,t:时间,A:扫描面积(园片尺寸)3.单位面积注入离子数(剂量):Ns=Qss/q=(It)/(qA)4.最大离子浓度:NMAX=2021/7/1911*注入离子分布N(x)=NmaxN(x):距表面x处的浓度,Rp:查表所得的标准偏差Nmax:峰值浓度(x=Rp处)Rp:平均投影射程2021/7/1912*离子注入结深计算2021/7/19132021/7/1914横向

3、系数:B>Sb,约0.5但比热扩散小(0.75~0.85)2021/7/1915(四).沟道注入入射离子的阻挡作用与晶体取向有关,可能沿某些方向由原子列包围成直通道--沟道,离子进入沟道时,沿沟道前进阻力小,射程要大得多。解决办法,偏离此方向,以大于临界角注入。2021/7/1916五、复合(双层)靶注入离子在两层靶中均为高斯分布M1:Rp1,Rp1,d

4、子,注入离子并不正好处于格点上,解决:退火、激活2021/7/1919二.移位原子数的估算2021/7/1920三.非晶层的形成2021/7/1921四、损伤区的分布轻离子,电子碰撞为主,位移少,晶格损伤少2021/7/1922轻离子,原子碰撞为主,位移多,晶格损伤大2021/7/1923五.退火退火:将注入离子的硅片在一定温度和真空或氮、氩等高纯气体的保护下,经过适当时间的热处理,部分或全部消除硅片中的损伤,少数载流子的寿命及迁移率也会不同程度的得到恢复,电激活掺入的杂质分为普通热退火、硼的退火特性、磷的退

5、火特性、扩散效应、快速退火2021/7/19241.普通热退火:退火时间通常为15--30min,使用通常的扩散炉,在真空或氮、氩等气体的保护下对衬底作退火处理。缺点:清除缺陷不完全,注入杂质激活不高,退火温度高、时间长,导致杂质再分布。2021/7/19252.硼的退火特性1区单调上升:点缺陷、陷井缺陷消除、自由载流子增加2区出现反退火特性:代位硼减少,淀积在位错上3区单调上升剂量越大,所需退火温度越高。2021/7/19263.磷的退火特性杂质浓度达1015以上时出现无定形硅退火温度达到600℃~800℃

6、2021/7/1927热退火问题简单、价廉激活率不高产生二次缺陷,杆状位错。位错环、层错、位错网加剧2021/7/19284.扩散效应2021/7/19295.快速退火2021/7/1930§3、离子注入优缺点一.离子注入的优缺点优点:1)可在较低的温度下,将各种杂质掺入到不同的半导体中;2)能精确控制掺入基片内杂质的浓度分布和注入深度;3)可以实现大面积均匀掺杂,而且重复性好;4)掺入杂质纯度高;5)获得主浓度扩散层不受故浓度限制2021/7/19316)由于注入粒子的直射性,杂质的横向扩散小;7)可以置备

7、理想的杂质分布;8)可以通过半导体表面上一定厚度的四SiO2膜进行注入而实行掺杂;9)工艺条件容易控制。2021/7/1932缺点:1)高能离子注入改变晶格结构;2)设备贵。二.对VT的控制2021/7/19332021/7/1934三.自对准金属栅的结构2021/7/1935四.离子注入的应用2021/7/1936

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