合集7.离子注入实验七

1、实验七：离子注入工艺04 微电子系0472194一：实验目的：通过对集成电路工艺多教学的学习，了解离子注入工艺。掌握离子注入原理，基本了解离子注入设备和工艺过程，理解离子注入损伤的新城和消除方法，并对离子注入工艺在 ic 中的应用有清晰的认识。二：工艺原理：1）离子注入技术是将某种元素的原子进行电力，并使离子在电场中加速获得较高的动能后，射入固体材料表层，以改变这种材料表层的物理或化学性能的一种技术。在集成电路制造中应用离子注入技术，主要是为了对硅和砷化镓等材料精心参杂达到改变材料电学性质的目的。2）离子注入设备的构建及其主要功能：1离子发生器：-Source Handling System.

2、 它把离子源产生的等离子状态的粒子以一定的加速度发射出去。2硅片控制系统：-VLSIr Handling System. 它是将一排硅片用机械臂和传输带一次放置到靶位上，并且尽量的减小振动和复杂度。3控制面板：-Control Panel. 它控制着整个注入记得操作流程，对注入离子的种类，能量，诸如剂量进行控制，并提供对离子时的真空度以及离子束的等参数的设置。3）实验原理：1射程：射程 R 指离子从进入靶到停止为止走过的总距离。与此相关的还有投影射程 Xp，射程横向分量 Xt，平均投影射程 Rp，标准偏差。射程主要决定于晶格对注入离子的核能力以及电子对注入离子的电子阻止能力。2注入离子分布：又

3、分为纵向分布和横向分布。对于无定形靶，（如 SiO2,Si3N4,Al2O3 和光刻胶等），纵向分布可取可取分布：其中，N(x):表示距离靶表面为 x 的注入离子浓度。Nmax:为峰值处浓度，它与注入剂量 Ns 的关系为：Rp：由 LSS 理论算出（可查表）横向效应指的是注入离子在垂射方向平面内的分布情况。它将直接影响 MOS 晶体管的有效沟道长度。分布如下：3 沟道效应：对于单晶靶，原子是按一定规则周期重复排列的，而且晶格具有一定的对称性。因此把对入射的作用将不是各向同性的，而与晶体取向有关。当离子沿沟道方向入射时，其轨道不是无规则的，而是在沟道中前进，此时来自把原子的作用要小得多，因此射程

4、要大得多。沟道离子开始的入射角度称为临界角。4损伤：高能离子注入半导体靶时，与靶原子核发生碰撞，并把能量传输给靶原子。最后注入离子丧失掉能量而终止于靶中。在此过程中，若传给靶原子的能量足够大时，把原子发生位移，形成一个碰撞与位移的级连，从而在靶中形成无数空位与间隙原子。这时可以通过退火来消除损伤。其中快速热退火（RTA）是最有效的一种，它不仅可以有效消除损伤，还可以避免长时间热处理对参杂分布产生的明显影响。4）离子注入工艺的优缺点：优点如下：可在较低的温度下，进行各种杂质的掺杂。能精确控制杂质的浓度分布和注入深度。可实现大面积均匀参杂，重复性好。参杂纯度高。获得住浓度扩散层不受固浓度限制。6）

5、方向性好，横向扩散小。7）理想的杂质分布可透过一定厚度的 SiO2 膜进行参杂。工艺条件易控制缺点如下：高能粒子注入会改变晶格结构，造成损伤。离子注入设备昂贵。5）离子注入在 CMOS 中的应用：以 2.0umN 阱 CMOS 工艺为例：1 为 N 阱注入（注 P+）剂量 3*1012 cm-2 , E=80keV2 为阱外场注（注 B+）剂量 1*1013 cm-2 , E=120keV3 为注 P，防止寄生沟道。4 为调开启电压（注 B+）剂量 6*1011 cm-2 , E=100keV为 NMOS 源、漏（注 P+）剂量 3*1015 cm-2 , E=150keV为 PMOS 源、漏

6、（注 B+）剂量 3*1015 cm-2 , E=100keV三离子注入工艺模拟实验：1）能量一定，改变剂量。a). 130kV剂量:1E1011 cm-2峰值：15.79atom/cm3位置：0.15um结深：0.27umb). 130kV剂量:1E1013 cm-2峰值：17.79atom/cm3位置：0.15um结深：0.52umc). 130kV剂量:1E1011 cm-2峰值：19.84atom/cm3位置：0.15um结深：0.66um结论：离子注入的能量相同时，峰值的位置相同，但是剂量越大，峰值越大，结深越大，尾区越长。2）剂量一定，改变能量。a). 100kV剂量:1E1014

7、 cm-2峰值：18.87atom/cm3位置：0.1um结深：0.61umb). 150kV剂量:1E1014 cm-2峰值：18.74atom/cm3位置：0.15um结深：0.64umc). 200kV剂量:1E1014 cm-2峰值：18.65atom/cm3位置：0.25um结深：0.64um结论：在剂量相同时，离子注入的能量越大时，峰值越小，位置越深，结深越大，但是尾区却越短。实验：1试验结果分析，说明影响注入杂质浓度分布的主要：答：可以看到，离子注入的能量和剂量是影响杂质浓度分布的主要因素。当离子注入的能量相同时，峰值的位置相同，但是剂量越大，峰值越大，结深越大，尾区越长。在剂量相同时，离子注入的能量越大时，峰值越小，位置越深，结深越大，但是尾区却越短。2分析相同注入能量、不同注入剂量和相同注入剂量、不同注入能量的两组曲线的变化趋势（包括注入结深、曲线的形貌及杂质浓度峰值对应的位置等）答：当离子注入的能量相同时，峰值的位