离子注入工艺原理ppt课件

离子注入工艺原理,1,离子注入,离子注入过程：入射离子与半导体的原子核和电子不断发生碰撞，从而损失其能量，经过一段曲折路径的运动，最后因动能耗尽而停止在半导体中的某处。离子注入出现的理由：随着集成电路集成度的提高，对器件源漏结深的要求，且传统的扩散已无法精确控制杂质的分布形式及浓度了。,2,离子注入,控制杂质浓度和深度,3,离子注入掺杂技术的特点,注入的杂质离子是通过磁性质量分析器选取出来的离子注入的剂量可以任意调节离子注入的环境温度较低，避免产生热缺陷离子注入的深度是随离子能量的增加而增加的离子注入有着很好的各项异性效果离子注入适合于化合物基片靶的注入掺杂离子注入是一个非平衡的过程它不受杂质在衬底材料中的溶解度的限制,4,离子注入的理论描述,在离子注入过程中被掺杂的材料一般称为靶，离子轰击靶时，其中一部分离子在靶的表面被折射出，不能进入靶内，这部分离子叫做散射离子，进入的部分离子叫做注入离子，为了精确控制注入的深度，避免沟道效应，往往使靶片的晶轴方向与入射离子束的方向由一定的角度。核碰撞注入离子与靶内原子核之间的相互碰撞电子碰撞注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的碰撞,5,注入离子浓度分布,注入剂量，单位为cm-2RP是平均投影射程，RP为射程偏差，与注入能量有关。,6,注入离子浓度分布的特点1、最大浓度位置在样品内的平均投影射程处：,(1)注入离子的剂量越大，浓度峰值越高；(2)注入离子的能量E（20200KeV）越大，RP、RP相应越大，浓度峰值越低。2、在x=RP处的两边，注入离子浓度对称地下降，且下降速度越来越快。,7,硅中离子注入能量(KeV)与射程()的对应关系,8,离子注入设备,主要部分结构离子源离子束发生装置分析器离子源通常会产生多种离子，必须对输出的离子束进行质量分离加速器是离子具有足够的能量来穿越并注入靶体内部扫描器实现大面积的均匀离子束注入靶室和偏束板真空排气系统电子控制装置,9,离子注入机示意图,10,离子注入的特点及参数（一）优点1、离子注入扩大了杂质的选择范围；掩蔽膜可用SiO2、金属膜或光刻胶。2、注入温度一般不超过400，退火温度也较低（650），避免了高温过程带来的不利（如结的推移、热缺陷等）。3、离子注入能精确控制掺杂的浓度分布和掺杂深度，易制作极低浓度和浅结。4、离子注入可选出单一的杂质离子，保证了掺杂的纯度。5、离子注入的横向扩散很小，集成度高，高频特性好。6、剂量在1011-1017离子/cm2较宽的范围内，同一平面内杂质分布的均匀性。7、无固溶度限制。,11,（二）晶格损伤缺陷产生机理：进入靶体内的杂质，通过碰撞把能量传递给靶体原子核核电子，最后停在某一位置，如果原子核和电子获得的能量很大，则靶体内的原子核就离开晶格位置进入晶格间隙，同时留下一个空位。形成空位间隙缺陷(1)在相同的入射能量和相同的靶材料下，轻离子注入损伤密度小，但区域较大；重离子注入损伤密度大，但区域很小；(2)注入剂量增大，靶的晶格损伤越严重。移位原子移位阈能能量淀积过程,12,由于轻离子和重离子引起的晶格损伤,13,（三）、离子注入参数1、剂量,2、射程：离子穿越硅片的总距离,14,15,沟道效应,对晶体进行离子注入时，当离子注入的方向与靶晶体的某个方向平行时，就会出现沟道效应，沿某一晶向入射离子优于随机入射，偏离晶向5左右。,16,离子退火,退火：将完成离子注入的硅片在一定的温度下，经过适当的热处理，则硅片上的损伤就可能得到消除，少数载流子寿命以及迁移率也会不同程度的得到恢复，杂质也得到一定比例的电激活。退火目的：离子注入过程中造成晶格损伤，导致散射中心增加，载流子迁移率下降，缺陷中心的增加，载流子的寿命减少，漏电流增大，同时由于注入的离子大多存在于间隙中起不到施主或受主的作用。,17,硅单晶退火,18,热退火特性：将欲退火的硅片置于真空或高纯气体的保护下，加热到某一温度进行热处理，由于热退火处于较高的温度，原子的振动能较大，导致原子的移动能加强，可使复杂的缺陷分解点缺陷，当它们相互靠近时就可能复合而使缺陷消失。缺点：缺陷不能完全消除，而且容易产生二次缺陷，杂质电激活率不高，容易增加表面污染，高温容易导致杂质再分布，破坏了离子注入的优点。,19,快速退火,优点：通过降低退火温度，缩短退火时间脉冲激光退火特点：退