第4章_离子注入工艺

2020 4 5 1 2020 4 5 2 P阱 CMOS流程中的离子注入 1 P阱注入2 场注入 P阱内 Vtn03 P管开启注入 P阱外 Vtp4 P 区注入5 N 区注入 2020 4 5 3 第四章离子注入工艺 1离子注入工艺设备及原理一 离子注入工艺设备结构 2020 4 5 4 2020 4 5 5 离子注入机原理图 2020 4 5 6 一 射程的概念 2020 4 5 7 二 核碰撞和电子碰撞 2020 4 5 8 三 入射离子的分布 2020 4 5 10 2020 4 5 11 注入离子的分布计算 1 平均投影射程Rp 标准偏差 R通过查表根据靶材 Si SiO2 Ge 杂质离子 B P As N 能量 keV 2 单位面积注入电荷 Qss It A I 注入束流 t 时间 A 扫描面积 园片尺寸 3 单位面积注入离子数 剂量 Ns Qss q It qA 4 最大离子浓度 NMAX 2020 4 5 12 注入离子分布 N x NmaxN x 距表面x处的浓度 Rp 查表所得的标准偏差Nmax 峰值浓度 x Rp处 Rp 平均投影射程 2020 4 5 13 离子注入结深计算 2020 4 5 14 2020 4 5 15 横向系数 B Sb 约0 5但比热扩散小 0 75 0 85 2020 4 5 16 四 沟道注入 入射离子的阻挡作用与晶体取向有关 可能沿某些方向由原子列包围成直通道 沟道 离子进入沟道时 沿沟道前进阻力小 射程要大得多 解决办法 偏离此方向 以大于临界角注入 2020 4 5 17 五 复合 双层 靶注入 离子在两层靶中均为高斯分布M1 Rp1 Rp1 d Rp1M2 Rp2 Rp2 M1中未走完的路程 2020 4 5 18 2 注入损伤与退火一 损伤的形成 2020 4 5 19 靶原子变形与移位 形成空位 间穴原子 注入离子并不正好处于格点上 解决 退火 激活 2020 4 5 20 二 移位原子数的估算 2020 4 5 21 三 非晶层的形成 2020 4 5 22 四 损伤区的分布 轻离子 电子碰撞为主 位移少 晶格损伤少 2020 4 5 23 轻离子 原子碰撞为主 位移多 晶格损伤大 2020 4 5 24 五 退火 退火 将注入离子的硅片在一定温度和真空或氮 氩等高纯气体的保护下 经过适当时间的热处理 部分或全部消除硅片中的损伤 少数载流子的寿命及迁移率也会不同程度的得到恢复 电激活掺入的杂质分为普通热退火 硼的退火特性 磷的退火特性 扩散效应 快速退火 2020 4 5 25 1 普通热退火 退火时间通常为15 30min 使用通常的扩散炉 在真空或氮 氩等气体的保护下对衬底作退火处理 缺点 清除缺陷不完全 注入杂质激活不高 退火温度高 时间长 导致杂质再分布 2020 4 5 26 2 硼的退火特性 1区单调上升 点缺陷 陷井缺陷消除 自由载流子增加2区出现反退火特性 代位硼减少 淀积在位错上3区单调上升剂量越大 所需退火温度越高 2020 4 5 27 3 磷的退火特性 杂质浓度达1015以上时出现无定形硅退火温度达到600 800 2020 4 5 28 热退火问题 简单 价廉激活率不高产生二次缺陷 杆状位错 位错环 层错 位错网加剧 2020 4 5 29 4 扩散效应 2020 4 5 30 5 快速退火 2020 4 5 31 3 离子注入优缺点 一 离子注入的优缺点优点 1 可在较低的温度下 将各种杂质掺入到不同的半导体中 2 能精确控制掺入基片内杂质的浓度分布和注入深度 3 可以实现大面积均匀掺杂 而且重复性好 4 掺入杂质纯度高 5 获得主浓度扩散层不受故浓度限制 2020 4 5 32 6 由于注入粒子的直射性 杂质的横向扩散小 7 可以置备理想的杂质分布 8 可以通过半导体表面上一定厚度的四SiO2膜进行注入而实行掺杂 9 工艺条件容易控制 2020 4 5 33 缺点