IC工艺技术5-离子注入.ppt

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1、集成电路工艺技术讲座第五讲离子注入Ionimplantation引言半导体工艺中应用的离子注入是将高能量的杂质离子导入到半导体晶体，以改变半导体，尤其是表面层的电学性质．注入一般在50-500kev能量下进行离子注入的优点注入杂质不受材料溶解度，扩散系数，化学结合力的限制，原则上对各种材料都可掺杂可精确控制能量和剂量，从而精确控制掺杂量和深度较小的恒向扩散掺杂均匀性好，电阻率均匀性可达1%纯度高，不受所用化学品纯度影响可在较低温度下掺杂目录射程和分布沟道效应损伤和退火离子注入机离子注入的应用离子注入工艺模拟射程入射离子在非晶靶内的

2、射程非晶靶射程，投影射程入射方向RpRLSS理论单个入射离子在单位距离上的能量损失-dE/dx=N[Sn(E)+Se(E)]其中：Sn(E)原子核阻止本领Se(E)电子阻止本领N单位体积靶原子平均数R=oRdx＝（1/N）oEodE/〔Sn(E)＋Se(E)〕LSS理论－核阻止本领和弹性碰撞M1EoM2M2M1V1’V2’入射粒子最大转移能量1/2M2v22=4M1M2Eo/(M1+M2)2核阻止本领粗略近似计算核阻止本领Sno=2.8x10-15(Z1Z2/Z1/3)M1/(M1+M2)（ev-cm2)其中Z2/3=Z12/

3、3+Z22/3低能时S=Sno（Se=0）R=0.7[(Z12/3+Z22/3)1/2/Z1Z2](M1+M2)/M1EoRp=R/(1+M2/3M1)Rp=(2/3)(M1M2)1/2Rp/(M1+M2)LSS理论－电子阻止本领电子阻止本领：入射离子和靶原子周围电子云的相互作用。离子和电子碰撞失去能量，电子激发或电离。电子阻止本领与入射离子的速度成正比Sn(E)=keE1/2其中ke值为107(eV)1/2/cm两种能量损失示意图SnSeE1E2E3E-dE/dx低能区>E2常见硅中杂质的能量损失磷砷锑

4、投影射程硼投影射程SiO2中投影射程光刻胶中投影射程入射粒子在非晶靶中浓度分布高斯分布几率P(x,E)=1/(2)1/2Rpexp-[(x-Rp)2/2Rp2]二个参量,可查表入射粒子剂量为D(atm/cm2),浓度分布N(x)=D/(2)1/2Rpexp-[(x-Rp)2/2Rp2]高斯分布特点和应用1)x=Rp处NmaxNmax=D/(2)1/2Rp=0.4D/Rp2)平均投影射程二边对称，离Rp下降快N/Nmax10-110-210-310-410-510-6x-Rp±2Rp±3Rp±3.7Rp±4.

5、3Rp±4.8Rp±5.3Rp3)求结深若衬底浓度下降到Nmax相差二个数量级时xj~Rp±3Rp高斯分布特点和应用4)求掩蔽层厚度一般认为穿过掩蔽层到达衬底的离子数降到入射离子总数的0.01%时，该掩蔽层能起阻挡作用,此时应选tmSiO2或胶SiTm>=Rp±4Rp双高斯分布N1(x)N2(x)RmN(x)xRmN(x)=D/(2)1/2(Rp1+Rp2)exp-[(x-Rm)2/2Rp22]三个参量Rm，Rp

6、1，Rp2Pearson-IV分布有四个参量2,1,Rp,RpN(y)=Noexp[f(y)]f(y)=1/2b2ln[bo+b1xn+b2xn2]-(b1/b2+2a)/(4b2bo-b12)1/2tg-1[2b2xn+b1/(4b2bo-b12)1/2]xn=(y-Rp)/Rpa=-1(2+3)/Abo=-(42-312)/Ab1=ab2=-(22-312-6)/AA=102-1212-18硼离子注入分布横向分布-a+ayN(y)横向分布等浓度线50kev100kev150kevP+P-SiN(x,y

7、,z)=N(x)=D/(2)1/2Rpexp{[-(x-Rp)2/2Rp2][()1/2erfc((y-a)/(21/2Rt))]}目录射程和分布沟道效应损伤和退火离子注入机离子注入的应用离子注入工艺模拟沟道效应－单晶靶中的射程分布沟道效应－单晶靶中的射程分布临界角cA大于c入射C小于cB稍小于cc＝（2Z1Z2e2/Ed)1/250kevc2.9°-5.2°能量对沟道效应影响1E41E31E51E2计数0.20.40.60.81.0深度umP32(110)Si12kev40kev100kev剂量对沟道效

8、应影响1E41E31E21E17E14/cm29E13/cm2<1E13/cm20.40.81.21.6umP32(110)Si取向对沟道效应影响1E41E31E21E10.20.40.60.81.0深度（um）P32(110)Si40kev准直偏