硅工艺第4章 离子注入习题参考答案

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质量分析器工作原理
洛伦兹力
Fm = evB
进入质量分析器 E = eVa 前的离子能量
mv 2 Fa = 向心力 R 1 2 进入质量分析器 E = mv 后的离子能量 2
B
光阑1
Fm v
光阑2
r
1 2 1 2
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2Va mv 2mVa r= = = 2 e B2 eB eB o
1 2
其余的离子则不能通过光阑2，由此达到分选离子的目的。 其余的离子则不能通过光阑 ，由此达到分选离子的目的。 另外， 通过连续改变B 另外，若固定 r 和Va ，通过连续改变 ，可使具有不同荷 质比的离子依次通过光阑 2，测量这些不同荷质比的离子束流 ， 的强度，可得到入射离子束的质谱分布。 的强度，可得到入射离子束的质谱分布。
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5. 注入离子在无定形靶纵向服从何分布，有何特点？ 注入离子在无定形靶纵向服从何分布，有何特点？ 服从高斯分布： 服从高斯分布：
1 x − R 2 p N ( x) = N max exp − 2 ∆R p
特点
1）在 x = RP 处的两边，注入离子浓度对称地下降，且下 ） 处的两边，注入离子浓度对称 下降， 浓度对称地 降速度越来越快。 降速度越来越快。 2）注入剂量为 ）
第四章 离子注入习题参考答案
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1. 试叙述离子注入掺杂技术与常规热扩散掺杂技术的不同之 处。 1）掺杂纯度高； ）掺杂纯度高； 2）注入剂量范围宽，同一平面内杂质分布的均匀性精度在 ）注入剂量范围宽，同一平面内杂质分布的均匀性精度在 ±1％以内； ％以内； 3）不受固溶度限制、掩模材料范围大； ）不受固溶度限制、掩模材料范围大； 4）可精确控制掺杂的浓度分布和掺杂深度； ）可精确控制掺杂的浓度分布和掺杂深度； 5）掺杂温度低，可避免产生热缺陷； ）掺杂温度低，可避免产生热缺陷； 6）横向扩散效应小； ）横向扩散效应小； 7）易于实现化合物半导体的掺杂； ）易于实现化合物半导体的掺杂； 8）可通过氧化硅膜进行注入，可有效防止污染。 ）可通过氧化硅膜进行注入，可有效防止污染。
N s = ∫ N ( x)dx = 2π N max ∆R p
0
∞
3）最大浓度Nmax位置在样品内的平均投影射程处 ）最大浓度
N ( x = R p ) = N max
Ns 0.4 N s = ≈ ∆RP 2π ∆RP
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6. 离子注入并在低于热扩散的温度下退火后，杂质纵向分布 离子注入并在低于热扩散的温度下退火后， 为什么会出现高斯展宽与拖尾现象？ 为什么会出现高斯展宽与拖尾现象？ a) 离子注入后会对晶格造成简单晶格损伤和非晶层形成； 离子注入后会对晶格造成简单晶格损伤和非晶层形成； b) 损伤晶体空位密度大于非损伤晶体，且存在大量间隙原 损伤晶体空位密度大于非损伤晶体， 子和其他缺陷，使扩散系数增大，扩散效应增强； 子和其他缺陷，使扩散系数增大，扩散效应增强； c) 故，虽然热退火温度低于热扩散温度，但杂质的扩散也 虽然热退火温度低于热扩散温度， 是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现象。 是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现象。
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4. 写出离子注入设备的各个组成部分，并解释质量分析器的 写出离子注入设备的各个组成部分， 工作原理？ 工作原理？ 组成部分：离子源、质量分析器、加速系统、中性偏移器、 组成部分：离子源、质量分析器、加速系统、中性偏移器、 聚焦系统、偏转扫描系统、 聚焦系统、偏转扫描系统、工作室 质量分析器的工作原理： 质量分析器的工作原理：见课件
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3. 离子在靶内运动时，损失能量可分核阻止和电子阻止，解 离子在靶内运动时，损失能量可分核阻止和电子阻止， 释什么是核阻止、电子阻止？在一级近似下， 释什么是核阻止、电子阻止？在一级近似下，两种阻止本领 与注入离子能量具有何关系？ 与注入离子能量具有何关系？ 答：核阻止即核碰撞，是注入离子与靶原子核之间的相互碰 核阻止即核碰撞， 即核碰撞 因两者质量是一个数量级，一次碰撞可以损失较多能量， 撞。因两者质量是一个数量级，一次碰撞可以损失较多能量， 且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置， 且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置， 留下空位，形成缺陷。 留下空位，形成缺陷。 电子阻止即电子碰撞， 电子阻止即电子碰撞，是注入离子与靶内自由电子以及 即电子碰撞 束缚电子之间的相互碰撞。因离子质量比电子大很多， 束缚电子之间的相互碰撞。因离子质量比电子大很多，每次 碰撞离子能量损失很少，且都是小角度散射，且方向随机， 碰撞离子能量损失很少，且都是小角度散射，且方向随机， 故经多次散射，离子运动方向基本不变。 故经多次散射，离子运动方向基本不变。 在一级近似下，核阻止本领与能量无关； 在一级近似下，核阻止本领与能量无关；电子阻止本领 与能量的平方根成正比。 与能量的平方根成正比。
2Va 从上式可知， 的离子可通过光阑2。 从上式可知，满足荷质比 eo = 2 2 的离子可通过光阑 。 r B
的离子，可通过调节磁场B 或者对于给定的具有荷质比为 eo 的离子，可通过调节磁场 使 之满足下式，从而使该种离子通过光阑 。 之满足下式，从而使该种离子通过光阑2。
2Va B= 2 e r o
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2. 离子注入技术的实施过程中包括注入和退火两个基本工艺 过程。试描述退火工艺过程的工艺目的。 过程。试描述退火工艺过程的工艺目的。 所谓退火，是一个工艺过程： 答 ：所谓退火，是一个工艺过程：将完成离子注入的硅片置 于特定的温度下，经过适当时间的热处理， 于特定的温度下，经过适当时间的热处理，则可达到两个目 的。第一个目的是使硅片由于高能离子注入而产生的表层晶 格损伤部分地或绝大部分得到消除； 格损伤部分地或绝大部分得到消除；另一个目的是使处于电 离状态的掺杂离子得到激活还原为受主或施主状态， 离状态的掺杂离子得到激活还原为受主或施主状态，从而使 少数载流子的寿命、迁移率得到恢复。 少数载流子的寿命、迁移率得到恢复。