离子注入法介绍

离子注入法介绍■概述■离子注入工艺设备及其原理■射程与入射离子得分布■实际得入射离子分布问题■注入损伤与退火■离子注入工艺得优势与限制离子注入(Ionlmplantation)参考资料:《微电子制造科学原理与工程技术》第5章离子注入

(电子讲稿中出现得图号就是该书中得图号)■

离子注入工艺就是IC制造中占主导得掺杂技术■离子注入:将杂质离化,通过电场加速,将这些离化得杂质直接打入硅片中,达到掺杂得目得■一般CMOS工艺流程需6～12次离子注入■典型得离子注入工艺参数:能量约5～200keV,剂量约1011～1016/cm2。一、概述(一)介绍(二)MOSFET工艺中得离子注入(1)离子源——杂质离子得产生(2)加速管——杂质离子得加速(3)终端台——离子得控制二、离子注入工艺设备及其原理1、离子注入技术得三大基本要素:(1)离子得产生(2)离子得加速(3)离子得控制2、离子注入系统得三大组成部分:■气态源:(或固体源)BF3AsH3PH3SiH4H2■放电室:低气压、分解离化气体

BF3

B,B+,BF2+,F+,

……■引出狭缝:负电位,吸引出离子(1)离子源:

离子束流量(最大mA量级)

吸极电压Vext:约15～30KV,决定引出离子得能量(速度)产生杂质离子■出口狭缝:只允许一种(m/q)得离子离开分析仪(2)质量分析器:■分析磁铁:磁场方向垂直于离子束得速度方向离子运动路径:离子运动速率:质量m+m得离子产生得位移量选择注入所需得杂质成分(B+)■静电透镜:离子束聚焦■静电加速器:调节离子能量■静电偏转系统:滤除中性粒子加速离子,获得所需能量;高真空(<10-6Torr)(3)加速管:大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静

静电光栅扫描:适于中低束流机

机械扫描:适于强束流机■剂量控制

法拉第杯:捕获进入得电荷,测量离子流

注入剂量:当一个离子得荷电态为m时,注入剂量为:(4)终端台:控制离子束扫描与剂量图5.5两种注入机扫描系统■离子束扫描■杂质离子种类:P+,As+,B+,BF2+,P++,B++,…■注入能量(单位:Kev)——决定杂质分布深度与形状■注入剂量(单位:原子数/cm2)——决定杂质浓度■束流(单位:mA或uA)——决定扫描时间■注入扫描时间(单位:秒)——决定注入机产能当剂量固定时,束流越大,扫描时间越短,机器产能越高扫描时间太短,会影响注入得均匀性(一般最短扫描时间l0s)(5)离子注入工艺控制参数(6)杂质剂量与杂质浓度得关系■高能离子进入靶材料后,与靶原子核及其电子碰撞,损失能量,发生散射,最后停止下来。■离子在靶中得行进路线及其停止位置就是随机得。■射程R:离子在靶中行进得总距离■垂直投影射程Rp:离子射程在靶深度轴上得投影距离■垂直投影射程偏差△Rp:

Rp得标准偏差三、射程与入射离子得分布1、射程得概念■核碰撞:入射离子与靶原子核碰撞,因二者质量为同一数量级,因此一次碰撞可使离子损失较多能量(Sn),且可能发生大角度散射。有时还引发连续碰撞。■入射离子能量损失:2、入射离子能量损失机制■电子碰撞:入射离子与核外电子碰撞,因质量相差很大,因此每次碰撞离子损失很少能量(Se),且都就是小角度散射。图5.8常见杂质的Sn和Se与注入能量的关系■核阻滞

当能量较低时,E

,Sn

;当能量较高时,E

,Sn

;Sn在某能量处有最大值。在重离子、低能量注入条件下占主导■电子阻滞、在轻离子、高能量注入条件下占主导(1)离子投影射程Rp与入射离子质量与能量有关;

Rp与入射离子与靶原子质量比有关3、核阻滞理论(射程理论,LSS理论)由下式决定注意:Rp与

Rp可由LSS表查出■离子浓度沿硅片深度得积分就就是注入剂量:(2)入射离子得分布■对于无定形靶,离子浓度沿深度方向分布得一阶近似关系:式中,

就是注入离子剂量(/cm2)■深度为Rp时得离子浓度为最大值:写出杂质浓度分布公式:4、根据离子注入条件计算杂质浓度得分布(1)已知杂质种类(P,B,As),离子注入能量(Kev),靶材

(Si,SiO2,Si3N4等)求解第1步查LSS表可得到Rp与△Rp(2)已知离子注入时得注入束流I,靶面积A,注入时间t求解第2步计算离子注入剂量:求解第3步计算杂质最大浓度:求解第4步(3)假设衬底为反型杂质,且浓度为NB,计算PN结结深由N(xj)=NB

可得到结深计算公式:4、根据离子注入条件计算杂质浓度得分布(4)根据分布公式,计算不同深度位置得杂质浓度4、根据离子注入条件计算杂质浓度得分布5、实际杂质分布偏差描述得改善■对于低浓度区得偏差,采用高斯分布得高次矩描述:■对于硼得分布,采用PearsonIV分布描述。■用蒙特卡洛法模拟杂质分布在离子注入计算机模拟工具中十分常见。(a)标准高斯分布(b)