第十一讲离子注入下

离子注入的主要特点？ LSS理论？阻止能力的含义？ 离子注入的杂质分布？退火后？ 掩蔽膜的厚度？ 掩膜层能完全阻挡离子的条件：
精确控制掺杂，浅结、 浅掺杂，纯度高，低温， 多种掩模，… 非晶靶。能量损失为两个彼 此独立的过程(1) 核阻止与(2) 电子阻止之和。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。
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第七章 离子注入原理 (下)
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EOR damage
Courtesy Ann-Chatrin Lindberg (March 2002).
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什么是注入损伤
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晶格损伤：高能离子注入硅片后与靶原子发生一系列碰
用Si，Ge，F，Ar等离子注入使表面预非晶化， 形成非晶层（Pre-amorphization） 增加注入剂量（晶格损失增加，非晶层形成， 沟道离子减少）
表面用SiO2层掩膜
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射程终点（EOR） 处晶格损伤大
表面处晶格 损伤较小
撞，可能使靶原子发生位移，被位移原子还可能把能量依 次传给其它原子，结果产生一系列的空位－间隙原子对及 其它类型晶格无序的分布。这种因为离子注入所引起的简 单或复杂的缺陷统称为晶格损伤。
(Si)SiSiI + SiV
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前言 晶体生长 实验室净化及硅片清洗 光刻 热氧化 热扩散 离子注入 薄膜淀积 刻蚀 后端工艺与集成 未来趋势与挑战
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上节课主要内容
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1 x R 2 0.4Q p CP C x C p exp R p R 2 p
损伤的产生
• 移位原子：因碰撞而离开晶格位置的原子。 • 移位阈能Ed：使一个处于平衡位置的原子发生移位，所需 的最小能量. (对于硅原子, Ed15eV)
E<Ed 无位移原子 ������ Ed<E<2Ed 有位移原子 ������ E>2Ed 级联碰撞
• 注入离子通过碰撞把能量传给靶原子核及其电子的过程， 称为能量传递过程
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仇志军 zjqiu@fudan.edu.cn
邯郸校区物理楼435室
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第七章 离子注入原理 (下) 大纲
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第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章
B质量比As轻，当以约7 °角度进行离子注入硅衬底时， B的尾区更大。因为：
1）B碰撞后传递给硅的能量小，难以形成非晶层 2）B的散射大，容易进入沟道。
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减少沟道效应的措施
对大的离子，沿沟道轴向(110)偏离7－10o
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第七章 离子注入原理 (下) 离子注入损伤估计
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100KeV B离子注入损伤 初始核能量损失：30eV/nm, 硅晶面间距: 0.25nm, 每穿过一个晶面 能量损失: 30eV/nm X 0.25nm=7.5eV <Ed (15eV). 当能量降到50KeV, 穿过一个晶面能量损失为15eV, 该能量所对应的射程为: 150nm. 位 移原子数为: 150/0.25=600, 如果移位距离为: 2.5nm, 那么损伤体积: (2.5)2 X150=3X10-18cm3. 损伤密度: 2X1020 cm-3, 大约是原子密度 0.4%. 100KeV As离子注入损伤 平均核能量损失：1320eV/nm,损伤密度: 5X1021 cm-3, 大约是原子密 度10%, 该数值为达到晶格无序所需的临界剂量, 即非晶阈值.
110
111
100
倾斜旋转硅片后的无序方向
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沿<100>的沟道效应
产生非晶化的剂量
浓度分布 由于沟道效应的存在，在晶体中注入将偏离
LSS理论在非晶体中的高斯分布，浓度分布中出现一个 相当长的“尾巴”
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Байду номын сангаас
离子注入的沟道效应
沟道效应（Channeling effect）
当离子沿晶轴方向注入时，大部分离子将沿沟道 运动，几乎不会受到原子核的散射，方向基本不 变，可以走得很远。
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损伤区的分布
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质量较靶原子轻的离子传给靶原子 能量较小，被散射角度较大，只能 产生数量较少的位移靶原子，因此， 注入离子运动方向的变化大，产生 的损伤密度小，不重叠，但区域较 大。呈锯齿状。
重离子每次碰撞传输给靶的能量较 大，散射角小，获得大能量的位移 原子还可使许多原子移位。注入离 子的能量损失以核碰撞为主。同时， 射程较短，在小体积内有较大损伤。 重离子注入所造成的损伤区域小， 损伤密度大。
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表面非晶层对于沟道效应的作用
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Boron implant into SiO2
Boron implant into Si
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沟道效应：当离子沿晶轴方向注入时，大部分离子将沿沟道 运动，几乎不会受到原子核的散射，方向基本不变，可以走 得很远（很深）。 倾斜角度注入 非晶 表层非晶化：预非晶化，大剂量注入， 非晶SiO2膜
C * xm CB
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总阻止本领（Total stopping power）
核阻止和电 子阻止相等 的能量
核阻止本领在低能量下起主要作用（注入分布的尾端） 电子阻止本领在高能量下起主要作用
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