集成电路工艺原理

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控制掺入的杂质总量

艺 中
Q 2C1
D1t1
二 第二步 为有限源的扩散(Drive-in),往往同时氧化

(称为主扩散或再分布)

控制扩散深度和表面浓度

C2
Q
D2t2
2
C1
D1t1 D2t2
INFO130024.01
集成电路工艺原理
第七章 离子注入原理 (上)
5
什么是离子注入
离化后的原子在强电场的加速作用下,注射进入靶材料的 表层,以改变这种材料表层的物理或化学性质
电子阻止本领:来自靶内自由电子和束缚电子的阻止。
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集成电路工艺原理
第七章 离子注入原理 (上)
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LSS理论
dE dx
NSn ES e E
Sn E
1 N
dE dx
, n
SeE
1 N
dE dx
e
-dE/dx:能量随距离损失的平均速率
能量为E的 入射粒子在 密度为N的 靶内走过x 距离后损失 的能量
• 总能量损失为两者的和
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集成电路工艺原理
第七章 离子注入原理 (上)
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核阻止本领与电子阻止本领-LSS理论
阻止本领(stopping power):材料中注入离子的能量损失大小 单位路程上注入离子由于核阻止和电子阻止所损失的能量 (Sn(E),
Se(E) )。
核阻止本领:来自靶原子核的阻止,经典两体碰撞理论。
离子注入的基本过程
❖将某种元素的原子或携 带该元素的分子经离化 变成带电的离子
❖在强电场中加速,获得 较高的动能后,射入材 料表层(靶)
❖以改变这种材料表层的 物理或化学性质
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集成电路工艺原理
第Leabharlann Baidu章 离子注入原理 (上)
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离子注入特点
➢ 可通过精确控制掺杂剂量(1011-1018 cm-2)和能量(1-400 keV)来 达到各种杂质浓度分布与注入浓度
扫描系统

加速管



B10
B11
r
BF3:B++,B+,BF2+, F+, BF+,BF++
Q
1 A
I q
dt
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第七章 离子注入原理 (上)
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a) 源(Source):在半导体应用中,为了操作方便, 一般采用气体源,如 BF3,BCl3,PH3,AsH3等。 如用固体或液体做源材料,一般先加热,得到它
E:注入离子在其运动路程上任一点x处的能量
Sn(E):核阻止本领/截面 (eVcm2) Se(E):电子阻止本领/截面(eVcm2) N: 靶原子密度 ~51022 cm-3 for Si
能量E的函数
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集成电路工艺原理
第七章 离子注入原理 (上)
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核阻止本领
➢注入离子与靶内原子核之间两体碰撞 ➢两粒子之间的相互作用力是电荷作用
➢ 平面上杂质掺杂分布非常均匀(1% variation across an 8’’ wafer) ➢ 表面浓度不受固溶度限制,可做到浅结低浓度 或深结高浓度 ➢ 注入元素可以非常纯,杂质单一性 ➢ 可用多种材料作掩膜,如金属、光刻胶、介质;可防止玷污,自由
度大 ➢ 离子注入属于低温过程(因此可以用光刻胶作为掩膜),避免了高
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集成电路工艺原理
第七章 离子注入原理 (上)
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离子注入过程是一个非平衡过程,高能离子进入 靶后不断与原子核及其核外电子碰撞,逐步损失 能量,最后停下来。停下来的位置是随机的,大 部分不在晶格上,因而没有电活性。
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集成电路工艺原理
第七章 离子注入原理 (上)
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集成电路工艺原理
第七章 离子注入原理 (上)
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有关扩散方面的主要内容
➢费克第二定律的运用和特殊解 ➢特征扩散长度的物理含义 ➢非本征扩散 ➢常用杂质的扩散特性及与点缺陷的相互作用 ➢常用扩散掺杂方法 ➢常用扩散掺杂层的质量测量
Distribution according to error function
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第七章 离子注入原理 (上)
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集成电路工艺原理
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集成电路工艺原理
第七章 离子注入原理 (上)
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大纲
第一章 前言 第二章 晶体生长 第三章 实验室净化及硅片清洗 第四章 光刻 第五章 热氧化 第六章 热扩散 第七章 离子注入 第八章 薄膜淀积 第九章 刻蚀 第十章 后端工艺与集成 第十一章 未来趋势与挑战
温过程引起的热扩散 ➢ 横向效应比气固相扩散小得多,有利于器件尺寸的缩小 • 会产生缺陷,甚至非晶化,必须经高温退火加以改进 • 设备相对复杂、相对昂贵(尤其是超低能量离子注入机) • 有不安全因素,如高压、有毒气体
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第七章 离子注入原理 (上)
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磁分析器
聚焦
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注入离子如何在体内静止?
LSS理论——对在非晶靶中注入离子的射程分布的研究
• 1963年,Lindhard, Scharff and Schiott首先确立了注入离 子在靶内分布理论,简称 LSS理论。
• 该理论认为,注入离子在靶内的能量损失分为两个彼此独 立的过程
(1) 核阻止(nuclear stopping) (2) 电子阻止 (electronic stopping)
b) 离子源(Ion Source):灯丝(filament)发出的 自由电子在电磁场作用下,获得足够的能量后撞 击源分子或原子,使它们电离成离子,再经吸极 吸出,由初聚焦系统聚成离子束,射向磁分析器
气体源:BF3,AsH3,PH3,Ar,GeH4,O2,N2,... 离子源:B , As,Ga,Ge,Sb,P,...
对心碰撞,最大能量转移:
ETrans
4m1m2 (m1 m2 )2
E
核阻止能力的一阶近似为:
m——质量, Z——原子序数 下标1——离子,下标2——靶
Sn E 2.8 1015
Z1Z 2
m1 eV cm2
C
x,
t
C
s
erfc
2
x Dt
Distribution according to Gaussian function
Cx,t
QT
Dt
exp
x2 4Dt
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第七章 离子注入原理 (上)
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第一步 为恒定表面浓度的扩散(Pre-deposition) (称为预沉积或预扩散)
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