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离子注入后的退火原理宝子们，今天咱们来唠唠离子注入后的退火这个超有趣的事儿哈。
咱先得知道啥是离子注入。
你就想象啊，就像一群小小的离子士兵，被强行安排进了一个材料的小世界里。
这些离子呢，进去之后就搞得那里有点乱套啦。
原本材料里面的原子们都有自己的小秩序，离子这么一闯进去，就把这个秩序给打乱了。
就好比一群不速之客突然闯进了一个正在开派对的场地，原本和谐的氛围就被搅和得有点乱哄哄的啦。
那这时候退火就登场啦。
退火就像是一个超级贴心的调解员呢。
它的主要任务就是让这个被离子搅乱的材料世界重新恢复平静和秩序。
退火这个过程啊，就像是给材料做一场温暖的SPA。
当我们给注入了离子的材料加热的时候，材料里面的原子就开始活跃起来啦。
那些原本被离子挤得歪歪扭扭的原子，就像被叫醒的小懒虫，开始伸伸懒腰，动一动啦。
温度就像是一个魔法指令，温度越高，原子们就越活跃。
它们开始在自己的小天地里到处溜达，就像在找自己最合适的位置一样。
在这个过程中呢，那些注入的离子也开始和周围的原子互动起来。
离子和原子就像是一群新朋友，开始互相磨合。
原子们会慢慢地把离子给包围起来，就像大家一起给离子一个温暖的拥抱，让它融入这个大家庭。
这个时候啊，材料内部的一些缺陷就开始慢慢被修复啦。
那些因为离子注入产生的小缝隙啊、小错乱啊，都在原子们的活跃运动下被填补和整理好。
而且哦，退火还能让材料的晶体结构变得更好呢。
你看啊，原本被离子弄得有点乱七八糟的晶体结构，就像一个被弄乱的拼图。
退火的时候，原子们就像一个个小拼图块，在热量的驱动下，开始重新排列组合，慢慢地把这个拼图恢复到接近原来的完美模样，或者甚至变得比原来更整齐有序呢。
再说说这个能量的事儿哈。
加热的时候，原子们得到了能量，这个能量就像是它们的小动力。
它们利用这个能量去调整自己的位置，去和离子交朋友，去修复那些小毛病。
就像我们人啊，有了动力就会去把自己的生活打理得更好一样。
原子们也是在这个能量的驱使下，让整个材料变得更加完美。
离子注入工艺流程
《离子注入工艺流程》
离子注入工艺是一种将离子束束注入半导体器件中，改变器件性能的技术。
离子注入工艺可以增强器件的导电性、改变其电子结构、调节材料的性能等。
下面我们将介绍一下离子注入工艺的基本流程。
首先，器件准备。
在进行离子注入之前，需要准备好待处理的半导体器件。
这包括对器件进行清洁和表面处理，以确保离子能够完全渗透到材料内部。
接着是离子注入。
在离子注入设备中，通过高能离子束束注入到半导体器件中。
这一步需要严格控制离子束的能量、注入时间和深度，以确保离子能够准确地渗透到材料内部并达到预期的效果。
然后进行退火处理。
在离子注入完成后，通常需要对器件进行退火处理。
这是为了让离子束注入的材料重新排列，使其在晶格中形成更稳定的结构，并恢复器件的性能。
最后是器件测试。
经过以上步骤后，需要对器件进行测试，以确保离子注入工艺达到预期的效果。
这包括对器件的导电性能、电子结构等进行检测。
总的来说，离子注入工艺流程包括器件准备、离子注入、退火处理和器件测试。
通过严格控制这些步骤，离子注入工艺可以
有效地改善半导体器件的性能，为半导体工业的发展提供重要支持。
离子注入工艺简介离子注入工艺简介蔡宁张伯昌亚舍立半导体贸易(上海)有限公司200122)1引言在过去的三十多年中,CMOS工艺的发展极大地推动了离子注入工艺的发展.反言之,离子注入工艺的不断成熟进一步改善了半导体产品的质量,尤其是CMOS产品的性能,当线宽进入亚微米后,离子注入在整个半导体生产中更成了不可或缺的一部分.离子注入的主要功能是通过改变芯片内载流子的分布从而达到所需的电参数,其中包括源漏极间的串联电阻,优化其沿路的电场分布,并减低甚至消除短沟道效应,降低CMOS的工作电压,提高运行速度,降低寄生电容及功耗.下面我们逐步介绍每一道离子注入工艺要求及目的.'2离子注入工艺的概述一般的CMOS需8—10步离子注入工艺,而当今先进的CMOS产品更需20多步离子注入.根据在场效应管的位置,离子注入工艺可分为三大块:1)沟道区及井区(Channe1 andWel1)掺杂;2)多晶硅(Poly)注入:3)源漏区(SourceDrain)注入.2.1沟道及井区掺杂沟道区及井区的掺杂主要有阈值电压调节(V+Adjust)注入,反穿通(Anti-punchthrough)注入,埋层(BuriedLayer)注入,井问绝缘注入(Channe1Stop),井区反型(RetrogradeWel1)注入及吸收(Gettering)注入.这部分注入工艺的能量比较宽,但剂量属中低范围,所以此部分注入工艺基本上使用中束流及高能注入机.2.1.1阈值电压调节注入工艺(V.Adjust)阈值电压调节注入工艺是半导体工业中使用最早的离子注入技术工艺.由于在CMOS中N型井与P型井共存,它们的功能电压会有不同,V+ 注入是将所需的元素掺杂在门下方的沟道区内,改变电荷而得到所需的工作电压,使这两种井区共用一个闸门电压.高性能产品的N井区里传统的硼掺杂逐渐被铟(indium)注入所代替,其目的是使载子浓度分布更陡,以提高开关速度并降低功耗.2.1.2反击通注入工艺(Ant1一Dunchthr0ugh)该注入工艺的功能是防止源漏两极在沟道下面导通,因PN结深与载流子浓度成反比,如果沟道下部载流子浓度很低,在细线宽情况下源漏之间的PN结就会靠很近而容易被击通,增加此区域的载流子浓度就是为了降低耗尽层的厚度,使源漏不会在沟道下面导通,所以此注入要比阈值电压调节注入要更深一些.2.1.3井间绝缘注入工艺(Channel Stop)井间绝缘的注入是将杂质掺在用于隔开井区的绝缘栏的下方,此目的是为了提高井间寄生场效应管的阈值电压,使在正常的工作情形下此寄生三极管不会被导通而起到绝缘的效果.2.1.4埋层注入工艺(BuriedLayer)该工艺是要降低井区底部的电阻,以防芯片在运行中出现死循环(Latch—up)现象.井区内二个寄生的三极管(NPN&PNP)在一定的条件下可变成一个PNPN可控硅而形成自锁,埋层注入可降低PNP--极管的输出电阻,抬高死循环引发电流而彻底消除死循环现象.2.1.5吸取注入工艺(Gettering)它是在CM0S离子注入中能量最高的工艺,其目的是利用所注入的元素的化学特性和注后所形成的缺陷的物理特性来吸收井区里的其它杂质(如:重金属等)及晶格缺陷,以提高井区内,尤其是沟道区内的材料质量来提升产品性能.离子注入晶体后与原子核碰撞的可能性是和离子本身的能量成反比,所以在高能注入的条件下,有些轻元素如硼及磷,因注入而产生的缺陷分布与注入元素的分布极为接近,利用这—特性离子注入就可在所需的地方将晶格破坏,此外利用硼与磷的化学特性也可将重金属元素吸收.2.1.6反型井区注入工艺(RetrogradeWel1)在早期此工艺由炉管扩散或注入后驱动扩散而完成,但其不能在井区内形成优化的载流子分布,高性能的芯片要求硅片表面的载流子浓度低,而在硅片深度的某些部位要浓,这样既能提高芯片的运行速度,又能达到以上所述的反穿通,抑制死循环及吸取污染杂质的效果.由于在扩散时载流子的浓度是从硅片表面逐步向硅片内部降低的连续分布,这样的分布势必影响到硅片表面载流子的移动集虞电?蠢用2o年9居●■率而降低芯片的运营速度,为提高芯片的功能离子注入就成了必不可少的手段,新一代的CMOS技术已全部使用离子注入方式,当今的CMOS技术更采用双井反型工艺(Twin Retrogradewel1),它综合了以上所讨论的阈值电压调节注入,反穿通注入,井问绝缘注入,及埋层注入,构成一个完整的反型井层注入工艺链. 亚舍立科技(Axcelis)公司的高能注入机的设计,可提供连续注入(ChainImplant)技术,即将这些注入工艺步骤在一次装片中连续注入,这样既可提高产量,降低成本,还可提高产品性能,降低在硅片上的尘粒总数量.2.2多晶硅注入此注入工艺是为了降低多晶硅的电阻,是CMOS注入工艺中注入剂量最大的工艺.有的制成在长多晶硅的同时已掺入所需的元素,假如长多晶硅时没有掺杂,则要做多晶硅注入,再进行退火,注入后的元素在退火时在多晶硅中的扩散率与单晶硅相比会高出二个数量级,因此掺杂后的多晶硅的阻值与非掺杂的多晶硅相比会有大幅度的下降.此工艺因剂量很大,能量较低,在生产中一般都采用大束流离子注入机. 2.3源漏区注入工艺源漏区注入主要包括大角度晕环(Halo)注入,延伸(Extension)注入,源漏(Source—drain)及非晶体化(Pre-amorphouse)注入,此部分工艺技术要求越来越高,并与注入后的退火工艺有着密切的联系. 该部分的注入工艺其能量相对较低, 但剂量属中高范围,一般采用中束流及大束流注入机.2.3.1大角度注入工艺(Halo)Halo是大角度(>20度)四方向的中剂量离子注入工艺,它的主要功能是防止源漏相通,降低延伸区的结深及缩短沟道长度,有利于提高芯片的性能,一般在延伸注入工艺之后注入.为了使载流子分布更陡,以更有效的防止短沟道效应,最新的掺杂技术是用锑来替代砷,用铟来替代硼.2.3.2延伸注工艺(Extension)它先前也称作低剂量掺杂(LDD),它是在CMOS中注入能量最低的工艺,其作用是优化源漏问的电场分布,降低最高电场,在高阻与电阻区之间起一个衔接作用.其剂量随着沟道缩短而增加.线宽的变窄要求延伸区的结深越来越浅,晕环注入可对此有帮助.但还不够,尤其对n+井区,唯一可用的注入元素是质量很轻的硼,或稍高的BF,并在退火时由于存在过渡性扩散(TED),硼在退火时的扩散率很高,这就更要求注入的能量要非常低,所以如何在延伸区形成浅结是近年来注入工业界的最大课题.2.3.3源漏注入工艺(source-drain)源漏注入的剂量很大,是降低场效应管串型电阻的重要一环.与延伸注入工艺一样,现在源漏注入最大挑战是如何形成具有一定导电率的浅结,这是一个离子注入与快速退火的工艺优化问题,但最基本的要求是低能量注入.因其要求的剂量很大,这对离子注入机的生产率是一大考验,如何设计出在低能时能产生高电流是每个离子注入厂家的努力方向.2.3.4非晶体化注入工艺((pre-amorphouse)在源漏区还有一种注入工艺被有些厂家所采用,它就是非晶体化注入工艺,其注入元素主要有锗(Ge)和硅(Si),其中锗的使用比较广泛一些,因为其原子重量大,容易达到非晶体化效果,并能降低源漏区的接触电阻.非晶体化的目的主要是防止下—步注入的沟道效应,并可降低在退火时其掺杂元素激活的激活能.其不利之处在于难于消除在晶体与非晶体界面层的缺陷因而增加源漏区的漏电.3总结离子注入工艺的优化就是选择所需的掺杂元素和注入的能量,剂量及角度的过程,当今的离子注入工艺无论是从能量还是剂量涵盖很广,所以对设备的要求可大致分为高能,大束流及中束流.设备的合理选择及搭配就是要既能满足工艺要求,又能达到高效低成本的目的.亚舍立科技(Axcelis)公司是当今全球唯—提供整合注入相关工艺配套的半导体设备商,产品种类包括光刻胶定型机,去胶机,快速退火炉及全套离子注入系统,包括具有低能量功能的大束流注入机,中束流注入机及高能注入机,并可为用户提供整套设备和工艺服务.-■集成电路应用2oo2年9月。
![5.6 离子注入的损伤与退火[7页]](https://img.taocdn.com/s1/m/69f7c02e2b160b4e777fcf09.png)
半导体八大工艺顺序半导体八大工艺顺序，是指半导体制造过程中的八个主要工艺步骤。
这些工艺步骤包括晶圆清洗、光刻、沉积、刻蚀、扩散、离子注入、退火和包封。
下面将逐一介绍这些工艺步骤的顺序及其作用。
1. 晶圆清洗晶圆清洗是半导体制造过程中的第一步。
在这一步骤中，晶圆将被放入化学溶液中进行清洗，以去除表面的杂质和污染物。
这样可以确保后续工艺步骤的顺利进行，同时也可以提高器件的质量和性能。
2. 光刻光刻是半导体制造中的关键工艺步骤之一。
在这一步骤中，将使用光刻胶覆盖在晶圆表面上，并通过光刻机将图形投射到光刻胶上。
然后，利用化学溶液将未曝光的光刻胶去除，从而形成所需的图形。
3. 沉积沉积是指在晶圆表面上沉积一层薄膜的工艺步骤。
这一层薄膜可以用于改变晶圆表面的性质，增加其导电性或绝缘性。
常用的沉积方法包括化学气相沉积和物理气相沉积。
4. 刻蚀刻蚀是将多余的材料从晶圆表面去除的工艺步骤。
在这一步骤中，利用化学溶液或等离子刻蚀机将不需要的材料去除，从而形成所需的图形和结构。
5. 扩散扩散是将杂质或掺杂物diffused 到晶圆中的工艺步骤。
这一步骤可以改变晶圆的电学性质，并形成PN 结等器件结构。
常用的扩散方法包括固体扩散和液相扩散。
6. 离子注入离子注入是将离子注入到晶圆中的工艺步骤。
这可以改变晶圆的导电性和掺杂浓度，从而形成电子器件的结构。
离子注入通常在扩散之前进行。
7. 退火退火是将晶圆加热至一定温度并保持一段时间的工艺步骤。
这可以帮助晶圆中的杂质扩散和掺杂物活化，从而提高器件的性能和稳定性。
8. 包封包封是将晶圆封装在外部保护材料中的工艺步骤。
这可以保护晶圆不受外部环境的影响，同时也可以方便晶圆的安装和使用。
半导体制造过程中的八大工艺顺序是一个复杂而精密的过程。
每个工艺步骤都起着至关重要的作用，只有严格按照顺序进行，才能生产出高质量的半导体器件。
希望通过本文的介绍，读者对半导体制造过程有了更深入的了解。
离子注入和快速退火工艺离子注入是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。
注入能量介于1keV到1MeV之间，注入深度平均可达10nm~10um，离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的1012/cm3到形成绝缘层的1018/cm3。
相对于扩散工艺，离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂、可重复性和较低的工艺温度。
高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量，最后停在晶格内某一深度。
平均深度由于调整加速能量来控制。
杂质剂量可由注入时监控离子电流来控制。
主要副作用是离子碰撞引起的半导体晶格断裂或损伤。
因此，后续的退化处理用来去除这些损伤。
1 离子分布一个离子在停止前所经过的总距离，称为射程R。
此距离在入射轴方向上的投影称为投影射程Rp。
投影射程的统计涨落称为投影偏差σp。
沿着入射轴的垂直的方向上亦有一统计涨落，称为横向偏差σ┷。
下图显示了离子分布，沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似：S为单位面积的离子注入剂量，此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式。
沿x 轴移动了一个Rp。
回忆公式:对于扩散，最大浓度为x＝0；对于离子注入，位于Rp处。
在（x－Rp）＝±σp处，离子浓度比其峰值降低了40%。
在±2σp处则将为10%。
在±3σp处为1%。
在±4σp处将为0.001%。
沿着垂直于入射轴的方向上，其分布亦为高斯分布，可用:表示。
因为这种形式的分布也会参数某些横向注入。
2 离子中止使荷能离子进入半导体衬底后静止有两种机制。
一是离子能量传给衬底原子核，是入射离子偏转，也使原子核从格点移出。
设E是离子位于其运动路径上某点x处的能量，定义核原子中止能力：二是入射离子与衬底原子的电子云相互作用，通过库仑作用，离子与电子碰撞失去能量，电子则被激发至高能级或脱离原子。
定义电子中止能力：离子能量随距离的平均损耗可由上述两种阻止机制的叠加而得：如果一个离子在停下来之前，所经过的总距离为R，则E0为初始离子能量，R为射程。
离子注入退火的作用离子注入退火是一种常见的材料处理方法，其作用是通过注入离子并进行退火处理，来改善材料的性能。
离子注入退火可以用于改善材料的导电性、硬度、化学稳定性和抗腐蚀性等方面的性能。
离子注入是指将离子束注入到材料表面或内部，以改变材料的化学组成和结构。
离子注入通常通过离子源产生离子束，并通过加速电场将离子束加速到高能量，然后通过聚焦系统将离子束聚焦到所需位置。
离子束中的离子通过与材料原子的相互作用，改变了材料的晶格结构和化学组成。
离子注入退火的主要目的是通过加热材料来改变其结构和性能。
退火是指将材料加热到一定温度，保持一段时间后再冷却到室温。
退火过程中，材料的晶格结构会发生重排和再结晶，从而改变材料的物理和化学性质。
离子注入退火可以改善材料的导电性。
通过注入特定的离子，可以改变材料的电子结构，增加电子的迁移率，从而提高材料的导电性。
这在半导体工业中非常重要，因为半导体器件的性能很大程度上取决于材料的导电性能。
离子注入退火还可以改善材料的硬度。
通过注入高能量的离子并进行退火处理，可以在材料中形成大量的缺陷和位错，从而增加材料的硬度。
这对于一些需要高硬度的应用非常关键，比如切削工具和汽车发动机零件等。
离子注入退火还可以提高材料的化学稳定性和抗腐蚀性。
通过改变材料的化学组成和晶格结构，可以增强材料的抗腐蚀能力，使其能够在恶劣的环境下长时间保持稳定。
这对于一些需要在高温、高压或腐蚀性环境中使用的材料非常重要。
离子注入退火是一种常见的材料处理方法，通过注入离子并进行退火处理，可以改善材料的导电性、硬度、化学稳定性和抗腐蚀性等方面的性能。
离子注入退火在半导体工业、材料科学和工程领域中有着广泛的应用前景。
通过不断研究和发展，离子注入退火技术将进一步推动材料科学和工程的发展，为我们创造更加先进和高性能的材料。
中南大学博士学位论文离子注入硅退火及退火过程热力学研究姓名：***申请学位级别：博士专业：材料学指导教师：***20101116摘要离子注入及退火工艺是半导体工艺掺杂的重要手段，是大规模及超大规模集成电路、光电集成电路的重要工艺环节，在“杂质工程”及“能带工程”中发挥着不可替代的作用。
但多年来，人们的精力及兴趣大多集中在实验和工艺研究领域，理论研究工作深度不够，这当然不利于离子注入及退火研究的深入开展。
本研究课题试图在一定程度上弥补这一缺陷。
本文全面总结了离子注入硅及离子注入硅退火的发展历史，方式方法及应用领域和应用前景，并重点对离子注入硅退火的若干理论问题进行了系统研究，其研究内容包含以下３个主要部分：．１．离子注入硅退火的温度计算根据入射能量与吸收、传导或辐射能量问的平衡，首先对绝热、热流和等温三种退火模式及液相和固相两种退火机理进行了温度计算。
绝热模式适用于脉冲激光或电子束退火，由于热量来不及向周围环境散失或向内部扩散，吸收的能量全部用以升高表面层的温度或使表面层发生熔化。
据此计算了表面退火温度与入射功率密度的关系，并得到了使用脉冲长度为１００ｎｓ的激光，退火所需的入射功率密度约为１０７Ｗ／ｃｎｌ２，以及要使１００～５００ｎｍ的表层发生熔化，所需激光功率密度的数量级为１０６～１０７Ｗ／ｃｍ２的计算结果。
根据相变潜热与进入衬底的热流间的平衡，算出了液．固界面的速度约为８×１０２ｃ“ｓ，并由此得出对于绝热模式的退火，其退火机理只能是液相再结晶的结论。
在热流模式下，表面吸收的热量向硅片内部传导。
考虑两种不同的情况：①热扩散长度远小于硅片的厚度，硅片可看作无限厚。
文中介绍了温度随时间及深度分布的解析解，并得出了吸收长度远小于热扩散长度时，热流模式过渡到绝热模式的结论；②对于激光照射时间达ｍｓ数量级、热扩散长度与硅片厚度相近的所谓连续激光退火，列出了热传导微分方程及相应的边界和初始条件，得出了温度分布的级数解，并具体计算了表面退火温度的升高与入射激光功率密度的函数关系，以及表面温升达１４００℃（接近硅的熔点）时，温升△丁与深度ｘ的函数曲线。
离子注入和快速退火工艺离子注入是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。
注入能量介于1keV到1MeV之间，注入深度平均可达10nm~10um，离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的1012/cm3到形成绝缘层的1018/cm3。
相对于扩散工艺，离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂、可重复性和较低的工艺温度。
高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量，最后停在晶格内某一深度。
平均深度由于调整加速能量来控制。
杂质剂量可由注入时监控离子电流来控制。
主要副作用是离子碰撞引起的半导体晶格断裂或损伤。
因此，后续的退化处理用来去除这些损伤。
1 离子分布一个离子在停止前所经过的总距离，称为射程R。
此距离在入射轴方向上的投影称为投影射程Rp。
投影射程的统计涨落称为投影偏差σp。
沿着入射轴的垂直的方向上亦有一统计涨落，称为横向偏差σ┷。
下图显示了离子分布，沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似：S为单位面积的离子注入剂量，此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式。
沿x 轴移动了一个Rp。
回忆公式:对于扩散，最大浓度为x＝0；对于离子注入，位于Rp处。
在（x－Rp）＝±σp处，离子浓度比其峰值降低了40%。
在±2σp处则将为10%。
在±3σp处为1%。
在±4σp处将为0.001%。
沿着垂直于入射轴的方向上，其分布亦为高斯分布，可用:表示。
因为这种形式的分布也会参数某些横向注入。
2 离子中止使荷能离子进入半导体衬底后静止有两种机制。
一是离子能量传给衬底原子核，是入射离子偏转，也使原子核从格点移出。
设E是离子位于其运动路径上某点x处的能量，定义核原子中止能力：二是入射离子与衬底原子的电子云相互作用，通过库仑作用，离子与电子碰撞失去能量，电子则被激发至高能级或脱离原子。
定义电子中止能力：离子能量随距离的平均损耗可由上述两种阻止机制的叠加而得：如果一个离子在停下来之前，所经过的总距离为R，则E0为初始离子能量，R为射程。
核阻止过程可以看成是一个入射离子硬球与衬底核硬球之间的弹性碰撞M1转移给M2的能量为:电子中止能力与入射离子的速度成正比：其中系数ke是原子质量和原子序数的弱相关函数。
硅的ke值107(eV)1/2/cm。
砷化镓的ke值为3×107(eV)1/2/cm离子中止两种机制：一是离子能量传给衬底原子核，是入射离子偏转，也使原子核从格点移出。
二是入射离子与衬底原子的电子云相互作用，通过库仑作用，离子与电子碰撞失去能量，电子则被激发至高能级或脱离原子。
硅中电子中止能力如虚线所示，交叉能量点是Sn(E)=Se(E)。
一旦Sn(E)和Se(E)已知，可计算处射程范围。
可以用下述近似方程式来求得投影射程与投影偏差：3 离子注入的沟道效应前述高斯分布的投影射程及投影的标准偏差能很好地说明非晶硅或小晶粒多晶硅衬底的注入离子分布。
只要离子束方向偏离低指数晶向<111>，硅和砷化镓中的分布状态就如在非晶半导体中一样。
在此情况下，靠近峰值处的实际杂质分布，可用“高斯分布函数”来表示，即使延伸到低于峰值一至两个数量级处也一样，这表示在下图中。
然而即使只偏离<111>晶向7度，仍会有一个随距离而成指数级exp(-x/λ)变化的尾区，其中λ的典型的数量级为0.1um。
衬底定位时有意偏离晶向情况下的杂质分布。
离子束从<111>轴偏离7度入射。
指数型尾区与离子注入沟道效应有关，当入射离子对准一个主要的晶向并被导向在各排列晶体原子之间时，沟道效应就会发生。
图为沿<110>方向观测金刚石晶格的示意图。
离子沿<110>方向入射，因为它与靶原子较远，使它在和核碰撞时不会损伤大量能量。
对沟道离子来说，唯一的能量损伤机制是电子阻止，因此沟道离子的射程可以比在非晶硅靶中大得多。
4 离子进入的角度及通道<100> <110> <111>沟道效应降低的技巧1、覆盖一层非晶体的表面层、将硅芯片转向或在硅芯片表面制造一个损伤的表层。
常用的覆盖层非晶体材料只是一层薄的氧化层[图(a)]，此层可使离子束的方向随机化，使离子以不同角度进入硅芯片而不直接进入硅晶体沟道。
2、将硅芯片偏离主平面5-10度，也能有防止离子进入沟道的效果[图(b)]。
此方法大部分的注入机器将硅芯片倾斜7度并从平边扭转22度以防止沟道效应。
3、先注入大量硅或锗原子以破坏硅芯片表面，可在硅芯片表面产生一个随机层[图(c)]，这种方法需使用昂贵的离子注入机。
5 注入损伤与退火离子注入中，与原子核碰撞后转移足够的能量给晶格，使基质原子离开晶格位置而造成注入损伤（晶格无序）。
这些离位的在也许获得入射能量的大部分，接着如骨牌效应导致邻近原子的相继移位而形成一个沿着离子路径的树枝状的无序区。
当单位体积内移位的原子数接近半导体的原子密度时，单晶材料便成为非晶材料。
轻离子的树枝状的无序区不同于重离子。
轻离子（11B+）大多数的能量损伤起因于电子碰撞，这并不导致晶格损伤。
离子的能量会减低至交叉点能量，而在那里核阻止会成为主导。
因此，晶格无序发生在离子最终的位置附近。
如下图（a）所示。
重离子的能量损失主要是原子核碰撞，因此预期有大量的损伤。
如下图（b）所示。
要估计将单晶转变为非晶材料所需的能量，可以利用一个判据，即认为注入量应该与融化材料所需的能量密度（1021keV/cm3）在数量级上相同。
对于100keV 的砷离子来说，形成非晶硅所需的剂量为6 退火由于离子注入所造成的损伤区及畸形团，使迁移率和寿命等半导体参数受到影响。
此外，大部分的离子在被注入时并不位于置换位置。
为激活被注入的离子并恢复迁移率与其它材料参数，必须在适当的时间与温度下将半导体退火。
传统退火炉使用类似热氧化的整批式开放炉管系统。
需要长时间和高温来消除注入损伤。
但会造成大量杂质扩散而无法符合浅结及窄杂质分布的需求。
快速热退火（RTA）是一种采用各种能源、退火时间范围很宽（100s到纳秒）的退火工艺。
RTA可以在最小的杂质再分布情况下完全激活杂质。
⏹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⏹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。
7 硼与磷的传统退火退火的特性与掺杂种类及所含剂量有关硼的退火特性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。
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℃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、位错网加剧扩散效应:8 快速热退火一个具有瞬间光加热的快速热退火系统表为传统炉管与RTA技术的比较。
为获得较短的工艺时间，需在温度和工艺的不均匀性、温度测量与控制、硅芯片的应力与产率间作取舍。
快速热退火9 注入相关工艺－多次注入及掩蔽在许多应用中，除了简单的高斯分布外其它的杂质分布也是需要的。
例如硅内预先注入惰性离子，使表面变成非晶。
此方法使杂质分布能准确地控制，且近乎百分百的杂质在低温下激活。
在此情况下，深层的非晶体层是必须，为了得到这种区域，必须要做一系列不同能量与剂量的注入（多次注入）。
多次注入如下图所示，用于形成一平坦的杂质分布。
为了要在半导体衬底中预先选择的区域里形成p-n结，注入时需要一层合适的掩蔽层。
此层要阻止一定比例的入射离子其最小厚度可从离子的射程参数来求得。
在某一深度d之后的注入量对回忆式积分可得：穿越深度d的剂量的百分比可由穿透系数T求得：一旦得到了T，对任一恒定的Rp和σp来说，都可以求得掩蔽层厚度d，对SiO2、Si3N4与抗蚀剂来说，要阻挡99.99%的入射离子（T＝10-4）所需的d值如下图所示。
图中内插图显示了在掩蔽材料内的注入物的分布。
10 倾斜角度离子注入当器件缩小到亚微米尺寸时，将杂质分布垂直方向也缩写是很重要的。
现代器件结构如轻掺杂漏极（LDD），需要在纵向和横向上精确控制杂质分布。
垂直于表面的离子速度决定注入分布的投影射程。
如果硅芯片相对于离子束倾斜了一个很大的角度，则等效离子能量将大为减少。
在倾斜角度离子注入时，需考虑硅芯片上掩蔽图案的阴影效应。
较小的倾斜角度导致一个小阴影区。
如高为0.5um的掩蔽层，离子束的入射角为7度，将导致一个61nm的阴影区。
可能是器件产生一个预想不到的串联电阻。
60keV砷入射到硅中，相对浓度分布为离子束倾斜角度的函数，内插图所示是倾斜角度离子注入的阴影区11 高能量与大电流注入注入机能量可高达1.5-5MeV，且已用作多种新型用途。
主要利用其能将杂质掺入半导体内深达好几个微米的能力而不需要借助高温下长时间的扩散。
也可用于制作低电阻埋层。
例如，CMOS器件中距离表面深达1.5到3um的埋层。
大电流注入机（10-20mA）工作在25-30keV范围下，通常用于扩散技术中的预置处理。
因为其总量能够精确控制。
在预置后，掺杂剂可以用高温扩散步骤再分布，同时顺便将表面区的注入损伤修补。
另一用途就是MOS器件的阈值电压调整，精确控制的杂质量经栅极氧化层注入沟道区。
目前，已有能量范围介于150-200keV的大电流离子注入。
主要用途是制作高品质硅层，通过向硅层中注入氧来生成二氧化硅从而使该硅层与衬底绝缘。
这种氧注入隔离（SIMOX）是一种绝缘层上硅（SOI）的关键技术。
2.8 离子注入主要参数:离子注入的几何说明：α：离子束注入面∑：表面β：模拟的平面θ：离子束方向与y轴方向的夹角φ：离子束与模拟平面之间的夹角参数说明：Species:注入的杂质种类离子注入和快速退火工艺Energy：注入能量（KeV）Dose：注入剂量，单位cm-2Tilt：离子束注入的纵向角度，默认值是7ºRotation：离子束与模拟平面之间的夹角，默认值是30º12 离子注入系统离子源：用于离化杂质的容器。
常用的杂质源气体有BF3、AsH3 和PH3 等。
质量分析器：不同离子具有不同的电荷质量比，因而在分析器磁场中偏转的角度不同，由此可分离出所需的杂质离子，且离子束很纯。
加速器：为高压静电场，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。
