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1、集成电路制造技术 Manufacturing Technology of IC,School of Microelectronics Xidian University2012.10,第四章 离子注入(Ion Implantation),1954年，Bell Lab. ，Shockley 提出；最早应用于原子物理和核物理研究；1970s中期引入半导体制造领域.应用：CMOS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、具有能量的粒子入射到衬底中可以独立控制杂质分布(离子能量)和杂质浓度(离子流密度和注入时间)各向异性掺杂容易获得高浓度掺杂(特别是重杂
2、质原子,如P和As等)。,扩散与注入的比较,离子注入2步骤： 离子注入和退火再分布。离子注入通过高能离子束轰击硅片表面，掺杂窗口处，杂质离子被注入硅本体，其他部位，杂质离子被保护层屏蔽，完成选择掺杂。杂质离子在一定位置形成一定分布。离子注入的深度(平均射程)较浅且浓度较大，必须重新再分布。掺杂深度由注入杂质离子能量和质量决定，掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定。,离子注入控制,离子束流密度和注入时间控制杂质浓度 （注入离子剂量）离子能量控制结深杂质分布各向异性,高能粒子撞击导致硅晶格发生损伤。为恢复晶格损伤，离子注入后要退火，注入杂质数量不同，退火温度在450950，高掺杂退火温度高。
3、退火同时，掺入杂质向硅体内再分布。如需要，还要进行后续高温处理以获得所需的结深和分布。 离子注入技术掺杂浓度控制精确、位置准确等优点，正取代热扩散掺杂技术，成为VLSI掺杂主流。,第四章 离子注入,特点:注入温度低:对Si,室温; 对GaAs,400。避免了高温扩散的热缺陷；光刻胶，铝等都可作为掩蔽膜。掺杂数目完全受控:大面积均匀性，同一平面杂质均匀性和重复性1(高浓度扩散5-10)；宽范围内(5101011017cm-2)精确控制浓度分布及结深，特适合高浓度浅结器件。无污染:注入离子纯度高，能量单一；背景真空度高(高真空10-4Pa，超高真空1015/cm2),常用离子注入工艺,技术趋势,超
4、浅结 (USJ)绝缘体上硅 (SOI)等离子体沉浸离子注入 (PIII),Ultra Shallow Junction (USJ),USJ (xj Ene： Se(E)为主，则 Rk1E01/2 k1=2/ke 注入离子初始能量E0 Ene： Sn(E)为主，且假设 Sn(E)= Sn0，则 Rk2E0,4.2 注入离子分布,1.总射程R定义：注入离子在靶内走过的路径之和。R与E关系：能量总损失率， E0-注入离子的初始能量。,4.2 注入离子分布,2.投影射程XP： 总射程R在离子入射方向(垂直靶片)的投影长度，即离子注入的有效深度。3.平均投影射程RP：投影射程XP的平均值，具有统计分布规
5、律几率分布函数。,4.2 注入离子分布,4.标准偏差(投影偏差)RP反映RP分散程度 (分散宽度)。5. R, RP, RP间的近似关系 , M1注入离子质量， M2靶原子质量,4.2 注入离子分布,4.2.1 注入离子纵向分布-高斯分布 注入离子在靶内不断损失能量，最后停止在某处；注入离子在靶内的碰撞是一随机过程；注入离子按一定统计规律分布。求解注入离子的射程和离散微分方程，距靶表面为x(cm)处的浓度分布 ，高斯函数 Nmax=0.4NS/RP峰值浓度(在RP处)，NS注入剂量,4.2 注入离子分布,4.2.2 横向效应横向效应与注入 能量成正比；结深的30-50；窗口边缘离子浓度 是中心处的50；,4.2 注入离子分布,4.2.3 沟道效应(ion channeling)非晶靶：对注入离子的 阻挡是各向同性；单晶靶：对注入离子的 阻挡是各向异性；沟道：在单晶靶的主晶 轴方向呈现一系列平行 的通道，称为沟道。 1.2; 1.8 沟道效应显著,4.2 注入离子分布,沟道效应：离子沿沟道前进，核阻挡作用小，因而射 程比非晶靶远的多。 好处：结较深；晶格损伤小。 不利：难于获得可重复的浓度分布，使用价值小。减小沟道效应的途径注入方向偏离晶体的主轴方向，倾斜圆片，典型值7提高靶温增大剂量 注入前预先无定型处理，淀积非晶表面层(SiO2)在表面制造损伤层,
