集成电路工艺基础培训课件(ppt 52张)

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离子注入的优缺点
优点：
注入的离子纯度高 可以精确控制掺杂原子数目，同一平面的掺杂均匀性 得到保证，电学性能得到保证。 温度低：小于400℃。低温注入，避免高温扩散所引起 的热缺陷；扩散掩膜能够有更多的选择 掺杂深度和掺杂浓度可控，得到不同的杂质分布形式 非平衡过程，杂质含量不受固溶度限制 横向扩散效应比热扩散小得多 离子通过硅表面的薄膜注入，防止污染。 可以对化合物半导体进行掺杂
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4.2 注入离子在无定形靶中百度文库分布
一个离子在停止前所经过的总路程，称为射程R
R在入射轴方向上的投影称为投影射程Xp
R在垂直入射方向的投影称为射程横向分量Xt
平均投影射程Rp： 所有入射离子的投影 射程的平均值 标准偏差：
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注入离子在无定形靶中的分布
横向分布（高斯分布）
入射离子在垂直入射方向平面内的杂质分布 横向渗透远小于热扩散
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注入离子在无定形靶中的分布
高斯分布只在峰值附近与实际分布符合较好。
轻离子/重离子入射对高斯分布的影响 实践中，用高斯分布快速估算注入离子在靶材料中的 分布。
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离子方向=沟道方向时………离子因为没有碰到晶格 而长驱直入……… 效果：在不应该存在杂质的深度发现杂质——多出了 一个峰！
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射程分布与注入方向的关系
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怎么解决？？？
倾斜样品表面，晶体的主轴方向偏离注入 方向，典型值为7°。 先重轰击晶格表面，形成无定型层
离子注入已成为VLSI制程上最主要的掺杂技术。一般
CMOS制程，大约需要6~12个或更多的离子注入步骤。
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离子注入应用
隔离工序中防止寄生沟道用的沟道截断
调整阈值电压用的沟道掺杂
CMOS阱的形成
浅结的制备 在特征尺寸日益减小的今日，离子注入已经成为 一种主流技术。
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核碰撞和电子碰撞
注入离子在靶内能量损失方式
电子碰撞(注入离子与靶原子周围电子云的碰撞）
• 能瞬时形成电子-空穴对 • 两者质量相差大，碰撞后注入离子的能量损失很小， 散射角度也小，虽然经过多次散射，注入离子运动方 向基本不变。电子则被激发至更高的能级（激发）或 脱离原子（电离）。
实际的硅片——单晶
在单晶靶中，原子是按一定规律周期地重复排列，而 且晶格具有一定的对称性。 靶对入射离子的阻止作用将不是各向同性的，而与晶 体取向有关。
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**离子注入的沟道效应
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**离子注入的沟道效应
定义：当离子注入的方向与靶晶体的某个晶向 平行时，一些离子将沿沟道运动。沟道离子唯 一的能量损失机制是电子阻止，因此注入离子 的能量损失率就很低，故注入深度较大。
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核碰撞和电子碰撞
注入离子在靶内能量损失方式
核碰撞 (注入离子与靶内原子核间的碰撞）
• 质量为同一数量级，故碰撞后注入离子会发生大角 度的散射，失去一定的能量。靶原子也因碰撞而获 得能量，如果获得的能量大于原子束缚能，就会离 开原来所在晶格位置，进入晶格间隙，并留下一个 空位，形成缺陷。
离子注入系统的原理示意图
使带电粒子偏转，分出中性粒子流
中性束路径
类似电视机，让束流上下来回的对圆片扫描
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离子注入系统原理
离子源通过加热分解气体源如BF3或AsH3成为带 正电离子（B＋或As＋）。
加上约40KeV左右的负电压，引导这些带正电离 子移出离子源腔体并进入磁分析器。 选择磁分析器的磁场，使只有质量/电荷比符合要 求的离子得以穿过而不被过滤掉。 被选出来的离子接着进入加速管，在管内它们被 电场加速到高能状态。
表面长二氧化硅薄层
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怎么解决？？？
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浅结的形成
为了抑制MOS晶体管的穿通电流和减小器件的短 沟效应，要求减小CMOS的源/漏结的结深 形成硼的浅结较困难，目前采用的方法：
对于无定形靶（SiO2、Si3N4、光刻胶等），注入离子的
纵向分布可用高斯函数表示：
R 1x n ( x ) N exp[ ( )] 2 R
p 2 max p
其中：
N 0 . 4 N N 2 R R
s s max p p
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注入离子在无定形靶中的分布
注入离子在无定形靶中的分布
随能量增加，投影射程增加 能量一定时，轻离子比重 离子的射程深。
射程与能量的关系
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**离子注入的沟道效应
以上讨论的是无定形靶的情形。
无定形材料中原子排列无序，靶对入射离子的阻止作 用是各向同性的
一定能量的离子沿不同方向射入靶中将会得到相同的 平均射程。
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离子注入的优缺点
缺点：
产生的晶格损伤不易消除 很难进行很深或很浅的结的注入 高剂量注入时产率低 设备价格昂贵（约200万美金）
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4.1 核碰撞和电子碰撞
高能离子进入靶后，不 断与靶中原子核和电子 发生碰撞，在碰撞时， 注入离子的运动方向发 生偏转并损失能量，因 此具有一定初始能量的 离子注射进靶中后，将 走过一个非常曲折的道 路，最后在靶中某一点 停止下来
Chap 4 离子注入
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离子注入
离子注入是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的
过程，注入能量介于1KeV到1MeV之间，注入深度平均可
达10nm～10um。离子剂量变动范围，从用于阈值电压调 整的1012/cm2到形成绝缘埋层的1018/cm2。 相对于扩散，它能更准确地控制杂质掺杂、可重复性和较 低的工艺温度。
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离子注入系统原理
被掺杂的材料称为靶。由加速管出来的离子先由 静电聚焦透镜进行聚焦，再进行x、y两个方向的 扫描，然后通过偏转系统注入到靶上。
扫描目的：把离子均匀注入到靶上。 偏转目的：使束流传输过程中产生的中性离子不能到 达靶上。
注入机内的压力维持低于10－4Pa以下，以使气体 分子散射降至最低。