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硅集成电路工艺——离子注入PPT课件

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离子注入技术ppt课件

离子注入技术ppt课件

Z 1 Z 2
M 1 e V c m 2
Z 1 23 Z 2 23M 1 M 2
忽略外围电子屏蔽作用，注入
离子与靶内原子之间势函数：
M——原子序数
下标1——离子 下标2——靶
整理版课件
10
核碰撞
考虑电子屏蔽时离子
与靶核之间相互作用势 函数
最简屏蔽函数
f
r
表面非晶层对于沟道效应的作用
Boron implant into SiO2
Boron implant into Si
整理版课件
27
减少沟道效应的措施
❖ 对大的离子，沿沟道轴向(110)偏离7－10o
❖ 用Si，Ge，F，Ar等离子注入使表面预非晶化， 形成非晶层（Pre-amorphization）
1
R bM
2
M1
b ——E 和R 的缓慢变化函数
RP
2 M1M2 3整M理1版课件M2
RP
M1>M2; b=1/3
19
纵向分布
离子注入的实际浓度分布用高斯函数表示
n(x) 2QT Rpexp12xRRpp2
高斯分布只在峰值附近 与实际分布符合较好
n(Rp)Nmax
QT
2Rp
单位面积注入的离子总数 QT 2NmaxRp
离子注入的基本过程
❖ 将某种元素的原子或携 带该元素的分子经离化 变成带电的离子
❖ 在强电场中加速，获得 较高的动能
❖ 注入材料表层（靶）以
改变这种材料表层的物
理或化学性质
整理版课件
3
离子注入特点
➢ 各种杂质浓度分布与注入浓度可通过精确控制掺杂剂量（1011-1017 cm-2）和能量（5-500 keV）来达到

硅集成电路工艺——离子注入PPT课件

硅集成电路工艺——离子注入PPT课件
第9页/共35页
• 沟道效应的概念（见书） • 沟道效应的消除方法：
• 使晶体的主轴方向偏离注入方向（7度左右，阴影现象） • 在晶体表面覆盖介质膜，散射后改变注入离子的方向 • 表面预非晶化（注入锗）
第10页/共35页
第11页/共35页
第12页/共35页
§4.3 离子注入系统
第13页/共35页
§4.5 热退火 Thermal Annealing
晶格损伤的危害： • 增加散射中心，使载流子迁移率下降 • 增加缺陷中心，使非平衡少数载流子寿命减少，pn结漏电流增大 • 注入离子大多处于间隙位置，起不到施主或者受主的作用，晶格损伤造成的破坏
使之更难处于替位位置，非晶区的形成更使得注入的杂质根本起不到作用。
终端台
1. 扫描器 • 靶静止，离子束X,Y向运动 • 靶X向移动，离子束Y向移动 • 离子束静止，靶X,Y向移动
.
第18页/共35页
2. 偏束板 • 离子束在运动过程中可以和热电子发生电荷交换，形
成中性粒子，影响注入均匀性 • 加入静电偏转电极，一般5度左右，中性束不能偏转
而去除
第19页/共35页
离子束中和系统
第20页/共35页
3. 靶室（工作室） • 样品架 • 法拉第杯（控制注入剂量）
第21页/共35页
§4.4 注入损伤
• 级联碰撞： 不同能量的注入离子与靶原子发生碰撞的情况：
• E<Ed，不会产生移位原子，表现形式为宏观热能； • Ed<E<2Ed，产生一个移位原子和一个空位； • E>2Ed，被撞原子本身移位之后，还有足够高的能量
第29页/共35页
第30页/共35页
第31页/共35页
快速退火 Rapid Thermal Annealing (RTA) • 普通热退火需要经过长时间的高温过程，会导致明显的杂

硅集成电路工艺——离子注入IonImplantation

硅集成电路工艺——离子注入IonImplantation

§4.4 注入损伤
❖ 级联碰撞： 不同能量的注入离子与靶原子发生碰撞的情况：
❖ E<Ed，不会产生移位原子，表现形式为宏观热能； ❖ Ed<E<2Ed，产生一个移位原子和一个空位； ❖ E>2Ed，被撞原子本身移位之后，还有足够高的能量于
其他原子发生碰撞使其移位，这种不断碰撞的现象称 为“级联碰撞”。
小结
❖ 离子注入相比于扩散的优缺点 ❖ 两种碰撞（阻止）模型及其适用情况 ❖ 注入离子的分布；射程和投影射程的概念；沟道效应的
原因及解决方法 ❖ 离子注入系统的主要构件及其基本原理 ❖ 注入损伤的形成及影响，级联碰撞 ❖ 热退火的定义及作用，热退火进入晶格位置，实现一定比例的电
激活
热退火过程（固相外延）
快速退火 Rapid Thermal Annealing (RTA)
❖ 普通热退火需要经过长时间的高温过程，会导致明显的杂质 再分布，还可能造成硅片翘曲变形
❖ 快速退火的目的：降低退火温度或缩短退火时间 ❖ 快速退火手段：脉冲激光；脉冲电子束；扫描电子束等
Self-alignment（自对准掺杂）
离子注入的缺点：
❖ 入射离子对衬底有损伤； ❖ 很浅和很深的结难于制得； ❖ 高剂量注入产率受限制； ❖ 设备昂贵。
§4.1 离子注入机理
LSS理论：S=Sn+Se
核碰撞（核阻止） ❖ 和晶格原子的原子核发
生碰撞 ❖ 发生明显的散射 ❖ 造成大量晶格损伤
pn结漏电流增大 ❖ 注入离子大多处于间隙位置，起不到施主或者受主
的作用，晶格损伤造成的破坏使之更难处于替位位 置，非晶区的形成更使得注入的杂质根本起不到作 用。
热退火的定义和目的
定义： ❖ 将注入离子的硅片在一定温度和氛围下，进行适

西电集成电路制造技术第四章-离子注入ppt课件.ppt

西电集成电路制造技术第四章-离子注入ppt课件.ppt
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
概述
目的：掺杂（1954年，Shockley 提出）；
应用：COMS工艺的阱，源、漏，调整VT的 沟道掺杂，防止寄生沟道的沟道隔断， 特别是浅结。
定义:将带电的、且具有能量的粒子入射到衬 底中的过程。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
离子注入设备
Байду номын сангаас4.偏束板 作用：使中性原子束因直线前进不能达到靶室。 原理：用一静电偏转板使离子束偏转5º--8º作用再进
入靶室。 5.扫描器 作用：使离子在整个靶片上均匀注入。 方式：①靶片静止，离子束在X,Y方向作电扫描。②
按离子束电流强度区分，可分为小束流机 （1~100 μA以下）、中束流机（100μA~1mA） 和强束流机(1mA以上)
若按使用不同对象区分，又可分为半导体用离子 注入机和金属用离子注入机。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
粒子束在Y方向作电扫描，靶片在X方向作机械运动。 ③粒子束静止，靶片在X,Y方向作机械运动。 6.靶室（工作室）：高温靶（800℃），低温靶（液氮 温度），冷却靶（小于120 ℃）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程

第4章IC工艺之离子注入ppt课件

第4章IC工艺之离子注入ppt课件

Beam scan
Mask xj
Mask
Silicon substrate
a) Low dopant concentration (n–, p–) and shallow junction (xj)
Mask xj
Mask
Silicon substrate
b) High dopant concentration (n+, p+) and deep junction (xj)
Scanning disk with wafers
Suppressor aperture
Faraday cup
Ion beam
Current integrator
Scanning direction
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
( dE dx
） nuel
( dE dx
） e
R p ( E )
E 0
dE ( dE tot
）
E 0
dE S (E
)
dx
E
dE
0 Sn(E) Se(E)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
– 4.3. 注入离子的激活与辐照损伤的消除
P.103~112 1）注入离子未处于替位位置 2）晶格原子被撞离格点
ET(M 4M i iM M tt） E0f()Ea
Ea为原子的位移阈能 大剂量——非晶化 临界剂量（P。111） 与什么因素有关？ 如何则量？

离子注入工艺PPT课件

离子注入工艺PPT课件

2021/5/29
8
第8页/共53页
•
•
当具有高能量的离子注入到固体靶面以后，这些高能粒子将与固体靶面的原子
与电子进行多次碰撞，这些碰撞将逐步削弱粒子的能量，最后由于能量消失而停止
运动，新城形成一定的杂质分布。
•
同时，注入离子和晶格原子相互作用，那些吸收了离子能量的电子，可能激
发或从原子之内游离，形成二次电子。
As, N), 能量（keV）
2.单位面积注入电荷：Qss ＝I t /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)N：s
Ns ＝ Qss/q =(I t) /(q A) 2 R
4.最大离子浓度：第22N页/M共5A3X页=
22
*注入离子分布
• •
N(x)=Nmax
2、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。
2021/5/29
27
第27页/共53页
3、 沟道效应的存在，将使得对注入离子在深度上难以控制，尤其对大规模集成电路制造更带来麻烦。 如MOS器件的结深通常只有0.4um左右，有了这种沟道效应万一注入距离超过了预期的深度，就使元器件 失效。因此，在离子注入时，要考虑到这种沟道效应，也就是说要抑止这种现象的产生。
2021/5/29
5
第5页/共53页
• （8）离子往往是通过硅表面上的薄膜注入到硅中，因此硅表面上的薄膜 起到了保护膜作用
• （9）化合物半导体是两种或多种元素按 一定组分构成的，这种材料经 高温处理时，组分可能发生变化。采用离子注入技术，基本不存在上述问 题，因此容易实现对化合物半导体的掺杂

离子注入法介绍PPT课件

离子注入法介绍PPT课件

（2）已知离子注入时的注入束流I，靶面积A，注入时解第3步
计算杂质最大浓度：
求解第4步
写出杂质浓度分布公式：
第21页/共32页
4、根据离子注入条件计算杂质浓度的分布
（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：
第22页/共32页
4、根据离子注入条件计算杂质浓度的分布
（4）根据分布公式，计算不同深度位置的杂质浓度
第23页/共32页
5、实际杂质分布偏差描述的改善
■ 对于低浓度区的偏差，采用高斯分布的高次矩描述：
■ 对于硼的分布，采用Pearson IV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。
（2）质量分析器：
选择注入所需的杂质成分(B+)
■ 分析磁铁：磁场方向垂直于离子束的速度方向
离子运动路径：
离子运动速率：
质量m+m的离子产生的位移量
■ 出口狭缝：只允许一种(m/q)的离子离开分析仪
第8页/共32页
第9页/共32页
（3）加速管：
加速离子，获得所需能量；高真空(<10-6 Torr)
第3页/共32页
二、离子注入工艺设备及其原理
1、离子注入技术的三大基本要素：
(1) 离子的产生 (2) 离子的加速 (3) 离子的控制
2、离子注入系统的三大组成部分：
(1) 离子源——杂质离子的产生 (2) 加速管——杂质离子的加速 (3) 终端台——离子的控制
第4页/共32页
第5页/共32页
（1）离子源：
图5.8 常见杂质的Sn和Se与注入能量的关系
第16页/共32页

离子注入工艺原理ppt课件

离子注入工艺原理ppt课件
降速度越来越快。
7
硅中离子注入能量(KeV)与射程(Å)的对 应关系
入射能量
杂质
B
RP
RP
P
RP
RP
As
RP
RP
20
714 276 255 90 151 34
40
1413 443 488 161 263 59
60
80
100 120 140 160
180
2074 2695 3275 3802 4284 4745 5177
溶解度的限制
4
离子注入的ห้องสมุดไป่ตู้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
(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
轻离子冲击
重离子冲击
13
（三）、离子注入参数 1、剂量
Q It qnA
Q : 剂量，原子数 / cm2 ；I : 束流，库仑 / 秒 n：每个离子的电荷数；A：注入面积
2、射程：离子穿越硅片的总距离
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

集成电路工艺基础——离子注入课件

集成电路工艺基础——离子注入课件

2
通过离子注入技术，可以在光学材料中制造出各 种光电子器件，如激光器、光放大器、光调制器 等。
3
离子注入技术还可以用于制造光子晶体、光子集 成电路等新型光电子器件，提高光电子器件的性 能和集成度。
离子注入在传感器中的应用
传感器是实现智能化、自动化 的重要器件，离子注入技术在 传感器制造中也有着重要的应 用。
通过离子注入技术，可以在传 感器材料中制造出各种敏感元 件，如压力传感器、温度传感 器、气体传感器等。
离子注入技术还可以用于制造 生物传感器、化学传感器等新 型传感器，提高传感器的灵敏 度和稳定性。
CHAPTER
04
离子注入的未来发展
新型离子注入设备的研究
研发更高效、精确的 离子注入设备是未来 的重要研究方向。
与硅材料相比，化合物半导体材 料的离子注入工艺较为复杂，需
要更高的技术和设备条件。
离子注入化合物半导体材料在光 电子器件、高速电子器件和微波 器件等领域具有广泛的应用前景
。
离子注入金属材料
金属材料在集成电路制造中主要用于 互连线、电极和引脚的制造，离子注 入金属材料可以改变其表面特性和导 电性能。
离子注入硅材料的方法具有较高的精度和可重复性，可以实现对硅材料的微细加工 。
离子注入硅材料还可以提高硅材料的机械性能和化学稳定性，使其更适应于集成电 路制造中的各种工艺条件。
离子注入化合物半导体材料
化合物半导体材料是集成电路制 造中的另一种重要材料，离子注 入化合物半导体材料可以改变其
电子结构和光电性能。
开发具有自主知识产 权的离子注入设备， 打破国外技术垄断。
利用新材料和新技术 提高设备的稳定性和 可靠性，降低生产成 本。
离子注入与其他微纳加工技术的结合

离子注入最详细的PPT课件

离子注入最详细的PPT课件

两种质量分析器的比较 在 E B 质量分析器中，所需离子不改变方向，但在输出 的离子束中容易含有中性粒子。磁质量分析器则相反，所需离 子要改变方向，但其优点是中性粒子束不能通过。
第29页/共131页
三、加速器 产生高压静电场，用来对离子束加速。该加速能量是决定 离子注入深度的一个重要参量。
Electrode
第32页/共131页
扫描系统
第33页/共131页
全电扫描和混合扫描系统示意
全电 扫描
第34页/共131页
混合 扫描
六、工作室（靶室） 放置样品的地方，其位置可调。
第35页/共131页
七、离子束电流的测量
Sampling slit in disk
ayt 2
从上式消去时间 t ，并将 ay 代入，得
第23页/共131页
y
1 2
qs
B
2qsVa
1 2
qs
Vf d
z2 2qsVa
1 z2 4 Va
B
2qsVa
1
2
Vf d
由此可得偏转量 Db 为 Db y(Lf ) y(Lf )Ld
B
2qsVa
1 2
Vf d
1 4
L2f Va
LMIS 的类型、结构和发射机理
V形
针形 螺旋形
类 型
同轴形
毛细管形
液态金属 钨针
第13页/共131页
对液态金属的要求 (1) 与容器及钨针不发生任何反应； (2) 能与钨针充分均匀地浸润； (3) 具有低熔点低蒸汽压，以便在真空中及不太高的温度 下既保持液态又不蒸发。 能满足以上条件的金属只有 Ga、In、Au、Sn 等少数几种， 其中 Ga 是最常用的一种。

半导体制造技术--离子注入工艺PPT课件( 134页)

半导体制造技术--离子注入工艺PPT课件( 134页)
• 引起一个不是想得到的掺杂物分部轮廓
多数的碰撞
非常少的碰撞
31
通道离子
碰撞离子
q
晶圆表面
通道效应
晶格原子
32
碰撞后的通道效应
碰撞的
通道的
碰撞的
q
晶圆表面
33
碰撞后的通道效应
碰撞
通道
碰撞
掺杂物浓度
到表面的距离
34
注入制程：通道效应
• 避免通道效应的方法
– 晶圆倾斜, 通常倾斜角度是7° – 屏蔽氧化层 – 硅或锗的非晶态注入制程
8
沉积掺杂氧化层
沉积掺杂氧化层 二氧化硅 硅基片
9
氧化
二氧化硅 硅基片
10
驱入
二氧化硅 硅基片
掺杂接面
11
剥除和清洗
二氧化硅 硅基片
掺杂接面
12
掺杂半导体：离子注入
• 用在原子和核的研究 • 1950年代观念便已被提出 • 在1970年代中期才被引进到半导体制造.
13
掺杂半导体：离子注入
• 离子能量控制接面深度 • 掺杂物浓度是非等向性
19
离子注入的应用
应用
掺杂
预先非晶化 深埋氧化层 多晶阻挡层
离子 N 型: 磷, 砷,锑 硅或锗
氧
氮
P 型: 硼
20
其他的应用
• 氧离子注入为了硅覆盖绝缘层(SOI)组件 • 锗预先非晶化注入在钛薄膜为较好的退
火 • 锗预先非晶化注入在硅基片做为轮廓控
• 阴影效应
– 离子被结构阻挡
• 藉旋转晶圆或在注入后退火期间的小量 掺杂物扩散解决阴影效应
35
阴影效应
离子束
多晶硅 基片

集成电路工艺基础——04离子注入[可修改版ppt]

集成电路工艺基础——04离子注入[可修改版ppt]
集成电路工艺基 础——04离子注入
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。
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
❖ 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：
注入离子在无定形靶中的分布
❖ 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：
n(x)N exp1[(xRp)2]
max
2 R
p
其中：
N
N s
0.4Ns
max 2R R
p
p
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
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
❖ 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）。
4.2 注入离子在无定形靶中的分布
▪ 离子方向=沟道方向时………离子因为没有碰到晶格 而长驱直入………

硅集成电路工艺——离子注入IonImplanta

硅集成电路工艺——离子注入IonImplanta

2021/4/6
2
Self-alignment（自对准掺杂）
2021/4/6
3
离子注入的缺点：
❖ 入射离子对衬底有损伤； ❖ 很浅和很深的结难于制得； ❖ 高剂量注入产率受限制； ❖ 设备昂贵。
2021/4/6
4
§4.1 离子注入机理
LSS理论：S=Sn+Se
核碰撞（核阻止） ❖ 和晶格原子的原子核发
❖ 普通热退火需要经过长时间的高温过程，会导致明显的杂质 再分布，还可能造成硅片翘曲变形
❖ 快速退火的目的：降低退火温度或缩短退火时间 ❖ 快速退火手段：脉冲激光；脉冲电子束；扫描电子束等
2021/4/6
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小结
❖ 离子注入相比于扩散的优缺点 ❖ 两种碰撞（阻止）模型及其适用情况 ❖ 注入离子的分布；射程和投影射程的概念；沟道效应的
❖ 先分析，后加速：分析器较小， 但加速过程中电荷交换影响束流 强度和纯度；
❖ 前后加速，中间分析：调节方便， 范围宽
2021/4/6
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么么么么方面
❖ Sds绝对是假的
终端台
1. 扫描器
❖ 靶静止，离子束X,Y向运动 ❖ 靶X向移动，离子束Y向移动 ❖ 离子束静止，靶X,Y向移动
.
2021/4/6
2021/4/6
11
2021/4/6
12
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13
§4.3 离子注入系统
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离子注入系统：
❖ 离子源（离子发生器，分析器） ❖ 加速及聚焦系统 （先分析后加速，先加速后分析，前后加速，中
间分析） ❖ 终端台（扫描器，偏束板，靶室）
2021/4/6
15
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21
-
3. 靶室（工作室）
❖ 样品架 ❖ 法拉第杯（控制注入剂量）
22
-
§4.4 注入损伤
❖ 级联碰撞： 不同能量的注入离子与靶原子发生碰撞的情况：
❖ E<Ed，不会产生移位原子，表现形式为宏观热能； ❖ Ed<E<2Ed，产生一个移位原子和一个空位； ❖ E>2Ed，被撞原子本身移位之后，还有足够高的能量
11
-
12
-
13
-
§4.3 离子注入系统
14
-
离子注入系统：
❖ 离子源（离子发生器，分析器） ❖ 加速及聚焦系统
（先分析后加速，先加速后分析，前后加速， 中间分析） ❖ 终端台（扫描器，偏束板，靶室）
15
-
16
-
磁分析器原理
BF3
B, B+, BF2+, F- ….
❖ 带电离子在磁场中运动： ❖ 洛伦兹力=向心力
18
-
终端台
1. 扫描器
❖ 靶静止，离子束X,Y向运动 ❖ 靶X向移动，离子束Y向移动 ❖ 偏束板
❖ 离子束在运动过程中可以和热电子发生电荷交换，形 成中性粒子，影响注入均匀性
❖ 加入静电偏转电极，一般5度左右，中性束不能偏转而 去除
20
-
离子束中和系统
适当时间的热处理的过程。
目的： ❖ 减少或消除硅片中的晶格损伤，恢复其少子寿
命和迁移率； ❖ 使掺入的杂质进入晶格位置，实现一定比例的
电激活
27
-
热退火过程（固相外延）
28
-
29
-
30
-
31
-
32
-
快速退火 Rapid Thermal Annealing (RTA)
❖ 普通热退火需要经过长时间的高温过程，会导致明显的杂质 再分布，还可能造成硅片翘曲变形
电子碰撞（电子阻止） ❖ 和晶格原子的电子发生碰撞 ❖ 注入离子的路径基本不发生
变化 ❖ 能量转移很小 ❖ 造成的晶格损伤很小
Sn(E)=(dE/dx)n
Se(E)=(dE/dx)e
5
-
6
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核阻止本领和电子阻止本领曲线
❖ 能量较低，质量较大的离子，主要是通过核阻止损失能量 ❖ 能量较高，质量较小的离子，主要是通过电子阻止损失能量
晶格损伤的危害：
❖ 增加散射中心，使载流子迁移率下降 ❖ 增加缺陷中心，使非平衡少数载流子寿命减少，
pn结漏电流增大 ❖ 注入离子大多处于间隙位置，起不到施主或者受
主的作用，晶格损伤造成的破坏使之更难处于替 位位置，非晶区的形成更使得注入的杂质根本起 不到作用。
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热退火的定义和目的
定义： ❖ 将注入离子的硅片在一定温度和氛围下，进行
7
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§4.2 注入离子在无定形靶中的分布
❖ 射程、投影射程、平均投影射程
8
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常见杂质在硅中的平均射程
9
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沟道效应（Channeling Effect）
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❖ 沟道效应的概念（见书） ❖ 沟道效应的消除方法：
❖ 使晶体的主轴方向偏离注入方向（7度左右，阴影现象） ❖ 在晶体表面覆盖介质膜，散射后改变注入离子的方向 ❖ 表面预非晶化（注入锗）
2
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Self-alignment（自对准掺杂）
3
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离子注入的缺点：
❖ 入射离子对衬底有损伤； ❖ 很浅和很深的结难于制得； ❖ 高剂量注入产率受限制； ❖ 设备昂贵。
4
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§4.1 离子注入机理
LSS理论：S=Sn+Se
核碰撞（核阻止） ❖ 和晶格原子的原子核发
生碰撞 ❖ 发生明显的散射 ❖ 造成大量晶格损伤
于其他原子发生碰撞使其移位，这种不断碰撞的现象 称为“级联碰撞”。
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一个离子的级联碰撞引起的晶格损伤：
24
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注入损伤的形式
❖ 产生孤立的点缺陷或缺陷群（E=Ed) ❖ 形成非晶区域（移位原子数接近原子密度，低剂量重离子） ❖ 大剂量的注入区甚至会形成非晶层
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§4.5 热退火 Thermal Annealing
Chap.4 离子注入（Ion Implantation）
1
离子注入掺杂的优、缺点
2
两种碰撞（阻止）模型
3
注入离子的分布（沟道效应）
4
离子注入系统
5
注入损伤及其消除（热退火）
1
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离子注入的优点:
❖ 掺杂纯度高，污染小； ❖ 掺杂的均匀性和重复性好； ❖ 工作温度低，工艺灵活性大； ❖ 掺杂深度和掺杂浓度可精确独立地控制； ❖ 最大掺杂浓度不受固溶度限制； ❖ 低温工艺避免高温引起的热缺陷； ❖ 离子注入直进性，横向效应小； ❖ 掩蔽膜作为保护膜，污染小； ❖ 适合化合物掺杂； ❖ 可发展成无掩膜的离子束技术。
❖ 快速退火的目的：降低退火温度或缩短退火时间 ❖ 快速退火手段：脉冲激光；脉冲电子束；扫描电子束等
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小结
❖ 离子注入相比于扩散的优缺点 ❖ 两种碰撞（阻止）模型及其适用情况 ❖ 注入离子的分布；射程和投影射程的概念；沟道效应的
原因及解决方法 ❖ 离子注入系统的主要构件及其基本原理 ❖ 注入损伤的形成及影响，级联碰撞 ❖ 热退火的定义及作用，热退火的机理 ❖ 快速热退火的优势
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加速和聚焦系统
利用各种电极可以很方便地对离 子束进行加速和聚焦：
❖ 先加速，后分析：避免离子在到 达硅片之前丢失电荷，但需要大 磁场；
❖ 先分析，后加速：分析器较小， 但加速过程中电荷交换影响束流 强度和纯度；
❖ 前后加速，中间分析：调节方便， 范围宽