第4章離子注入1

1、1有關(guān)擴(kuò)散方面的主要內(nèi)容有關(guān)擴(kuò)散方面的主要內(nèi)容費(fèi)克第二定律的運(yùn)用和特殊解費(fèi)克第二定律的運(yùn)用和特殊解特征擴(kuò)散長(zhǎng)度的物理含義特征擴(kuò)散長(zhǎng)度的物理含義非本征擴(kuò)散非本征擴(kuò)散常用雜質(zhì)的擴(kuò)散特性及與點(diǎn)缺陷的相互作用常用雜質(zhì)的擴(kuò)散特性及與點(diǎn)缺陷的相互作用常用擴(kuò)散摻雜方法常用擴(kuò)散摻雜方法常用擴(kuò)散摻雜層的質(zhì)量測(cè)量常用擴(kuò)散摻雜層的質(zhì)量測(cè)量Distribution according to error functionDtxCtxCs2erfc,DtxDtQtxCT4exp,2Distribution accordingto Gaussian function2實(shí)實(shí)際際工工藝藝中中二二步步擴(kuò)擴(kuò)散散第一步第一步 為恒定

2、表面濃度的擴(kuò)散（為恒定表面濃度的擴(kuò)散（Pre-deposition） （稱為預(yù)沉積或預(yù)擴(kuò)散）（稱為預(yù)沉積或預(yù)擴(kuò)散） 控制摻入的雜質(zhì)總量控制摻入的雜質(zhì)總量1112tDCQ 第二步第二步 為有限源的擴(kuò)散（為有限源的擴(kuò)散（Drive-in），往往同時(shí)氧化），往往同時(shí)氧化 （稱為主擴(kuò)散或再分布）（稱為主擴(kuò)散或再分布） 控制擴(kuò)散深度和表面濃度控制擴(kuò)散深度和表面濃度221112222tDtDCtDQC東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院第四章第四章 離子注入離子注入v核碰撞和電子碰撞核碰撞和電子碰撞v注入離子在無(wú)定形靶中的分布注入離子在無(wú)定形靶中的分布v注入損傷注入損傷v熱退火熱退火東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)

3、院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院什么是離子注入什么是離子注入離化后的原子在強(qiáng)電場(chǎng)的加速作用下，注射進(jìn)入靶材料的表層，以離化后的原子在強(qiáng)電場(chǎng)的加速作用下，注射進(jìn)入靶材料的表層，以改變這種材料表層的物理或化學(xué)性質(zhì)改變這種材料表層的物理或化學(xué)性質(zhì) 離子注入的基本過(guò)程離子注入的基本過(guò)程v將某種元素原子或攜帶該元將某種元素原子或攜帶該元素的分子經(jīng)離化變成帶電離素的分子經(jīng)離化變成帶電離子子v在強(qiáng)電場(chǎng)中加速，獲得較高在強(qiáng)電場(chǎng)中加速，獲得較高的動(dòng)能后，射入材料表層的動(dòng)能后，射入材料表層（靶）（靶）v以改變這種材料表層的物理以改變這種材料表層的物理或化學(xué)性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院離子注入離子注

4、入v 將將帶電帶電的且的且具有能量具有能量的粒子注入襯底硅的過(guò)程，的粒子注入襯底硅的過(guò)程，注入能量注入能量介于介于1KeV到到1MeV之間，之間，注入深度注入深度平均可達(dá)平均可達(dá)10nm10um。離子劑量變動(dòng)范圍離子劑量變動(dòng)范圍，從用于閾值電壓調(diào)整的，從用于閾值電壓調(diào)整的1012/cm2到形到形成絕緣埋層的成絕緣埋層的1018/cm2。v 相對(duì)于擴(kuò)散，它能更相對(duì)于擴(kuò)散，它能更準(zhǔn)確地控制雜質(zhì)摻雜、可重復(fù)性和較準(zhǔn)確地控制雜質(zhì)摻雜、可重復(fù)性和較低的工藝溫度。低的工藝溫度。v 離子注入已成為離子注入已成為VLSI制程上最主要的摻雜技術(shù)。一般制程上最主要的摻雜技術(shù)。一般CMOS制程，大約需要制程，大約需

5、要612個(gè)或更多的離子注入步驟。個(gè)或更多的離子注入步驟。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院離子注入系統(tǒng)的原理示意圖離子注入系統(tǒng)的原理示意圖磁分析器磁分析器離離子子源源加速管加速管聚焦聚焦掃描系統(tǒng)掃描系統(tǒng)靶靶rdtqIAQ1BF3：B+，B+，BF2+，F(xiàn)+, BF+，BF+B10B11東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院v離子源離子源是產(chǎn)生離子的部件。將被注入物質(zhì)是產(chǎn)生離子的部件。將被注入物質(zhì)的氣體注入離子源，在其中被電離形成正的氣體注入離子源，在其中被電離形成正離子，經(jīng)吸極吸出，由離子，經(jīng)吸極吸出，由初聚焦系統(tǒng)初聚焦系統(tǒng)，聚成，聚成離子束，射向離子束，射向磁分析器磁分析器。 吸極是

6、一種直接引出離子束的方法，即用一負(fù)吸極是一種直接引出離子束的方法，即用一負(fù)電壓（幾伏到幾十千伏）把正離子吸出來(lái)。電壓（幾伏到幾十千伏）把正離子吸出來(lái)。 產(chǎn)生離子的方法有很多，目前常用的利用氣體產(chǎn)生離子的方法有很多，目前常用的利用氣體放電產(chǎn)生等離子體。放電產(chǎn)生等離子體。離子注入系統(tǒng)原理離子注入系統(tǒng)原理-離子源離子源東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院v從從離子源離子源吸出的離子束中，包括多種離子。吸出的離子束中，包括多種離子。如對(duì)如對(duì)BCl3氣體源，一般包括氣體源，一般包括H+、B+、Cl+、O+、C+等。等。v 在在磁分析器磁分析器中，利用不同荷質(zhì)比的離子在中，利用不同荷質(zhì)比的離子在磁場(chǎng)中

7、的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，可以將離子分離，磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，可以將離子分離，并選出所需要的一種雜質(zhì)離子。并選出所需要的一種雜質(zhì)離子。v 被選離子通過(guò)可變狹縫，進(jìn)入被選離子通過(guò)可變狹縫，進(jìn)入加速管加速管。離子注入系統(tǒng)原理離子注入系統(tǒng)原理-磁分析器磁分析器東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院v 被摻雜的材料稱為被摻雜的材料稱為靶靶。由加速管出來(lái)的離子先由。由加速管出來(lái)的離子先由靜電聚焦透鏡進(jìn)行聚焦，再進(jìn)行靜電聚焦透鏡進(jìn)行聚焦，再進(jìn)行x、y兩個(gè)方向的兩個(gè)方向的掃描掃描，然后通過(guò)，然后通過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)注入到靶上。注入到靶上。 掃描目的：把離子均勻注入到靶上。掃描目的：把離子均勻注入到靶上。 偏轉(zhuǎn)目的

8、：使束流傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的中性離子不能到偏轉(zhuǎn)目的：使束流傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的中性離子不能到達(dá)靶上。達(dá)靶上。v注入機(jī)內(nèi)的壓力維持低于注入機(jī)內(nèi)的壓力維持低于104Pa以下，以使氣體以下，以使氣體分子散射降至最低。分子散射降至最低。離子注入系統(tǒng)原理離子注入系統(tǒng)原理東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院離子注入特點(diǎn)離子注入特點(diǎn)可通過(guò)精確控制摻雜劑量（可通過(guò)精確控制摻雜劑量（1011-1018 cm-2）和能量（）和能量（1-400 keV）來(lái)）來(lái)達(dá)到各種雜質(zhì)濃度分布與注入濃度達(dá)到各種雜質(zhì)濃度分布與注入濃度平面上雜質(zhì)摻雜分布非常均勻（平面上雜質(zhì)摻雜分布非常均勻（1% variation across an

9、8 wafer）表面濃度不受固溶度限制，可做到淺結(jié)低濃度表面濃度不受固溶度限制，可做到淺結(jié)低濃度 或深結(jié)高濃度或深結(jié)高濃度注入元素可以非常純，雜質(zhì)單一性注入元素可以非常純，雜質(zhì)單一性可用多種材料作掩膜，如金屬、光刻膠、介質(zhì)；可防止玷污，自由可用多種材料作掩膜，如金屬、光刻膠、介質(zhì)；可防止玷污，自由度大度大離子注入屬于低溫過(guò)程（因此可以用光刻膠作為掩膜），避免了高離子注入屬于低溫過(guò)程（因此可以用光刻膠作為掩膜），避免了高溫過(guò)程引起的熱擴(kuò)散溫過(guò)程引起的熱擴(kuò)散橫向效應(yīng)比氣固相擴(kuò)散小得多，有利于器件尺寸的縮小橫向效應(yīng)比氣固相擴(kuò)散小得多，有利于器件尺寸的縮小v會(huì)產(chǎn)生缺陷，甚至非晶化，必須經(jīng)高溫退火加以改

10、進(jìn)會(huì)產(chǎn)生缺陷，甚至非晶化，必須經(jīng)高溫退火加以改進(jìn)v設(shè)備相對(duì)復(fù)雜、相對(duì)昂貴（尤其是超低能量離子注入機(jī)）設(shè)備相對(duì)復(fù)雜、相對(duì)昂貴（尤其是超低能量離子注入機(jī)）v有不安全因素，如高壓、有毒氣體有不安全因素，如高壓、有毒氣體東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院離子注入應(yīng)用離子注入應(yīng)用v隔離工序中防止寄生溝道用的溝道截?cái)喔綦x工序中防止寄生溝道用的溝道截?cái)鄓調(diào)整閾值電壓用的溝道摻雜調(diào)整閾值電壓用的溝道摻雜vCMOS阱的形成阱的形成v淺結(jié)的制備淺結(jié)的制備 在特征尺寸日益減小的今日，離子注入已經(jīng)成為在特征尺寸日益減小的今日，離子注入已經(jīng)成為一種主流技術(shù)。一種主流技術(shù)。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院4

11、.1 核碰撞和電子碰撞核碰撞和電子碰撞v高能離子進(jìn)入靶后，不高能離子進(jìn)入靶后，不斷與靶中原子核和電子斷與靶中原子核和電子發(fā)生碰撞，在碰撞時(shí)，發(fā)生碰撞，在碰撞時(shí)，注入離子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)注入離子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)并損失能量，因生偏轉(zhuǎn)并損失能量，因此具有一定初始能量的此具有一定初始能量的離子注射進(jìn)靶中后，將離子注射進(jìn)靶中后，將走過(guò)一個(gè)非常曲折的道走過(guò)一個(gè)非常曲折的道路，最后在靶中某一點(diǎn)路，最后在靶中某一點(diǎn)停止下來(lái)停止下來(lái)東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院核碰撞和電子碰撞核碰撞和電子碰撞注入離子如何在體內(nèi)靜止？注入離子如何在體內(nèi)靜止？LSS理論理論對(duì)在非晶靶中注入離子的射程分布的研究對(duì)在非晶靶中注

12、入離子的射程分布的研究v 1963年，年，Lindhard, Scharff and Schiott首先確立了注首先確立了注入離子在靶內(nèi)分布理論，簡(jiǎn)稱入離子在靶內(nèi)分布理論，簡(jiǎn)稱 LSS理論。理論。v 該理論認(rèn)為，注入離子在靶內(nèi)的能量損失分為兩個(gè)彼該理論認(rèn)為，注入離子在靶內(nèi)的能量損失分為兩個(gè)彼此獨(dú)立的過(guò)程此獨(dú)立的過(guò)程 (1) 核阻止（核阻止（nuclear stopping） (2) 電子阻止電子阻止 （electronic stopping）v 總能量損失為兩者的和總能量損失為兩者的和東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院核碰撞和電子碰撞核碰撞和電子碰撞v 注入離子在靶內(nèi)能量損失方式注入離子

13、在靶內(nèi)能量損失方式 核碰撞核碰撞 (注入離子與靶內(nèi)原子核間的碰撞）注入離子與靶內(nèi)原子核間的碰撞）質(zhì)量為同一數(shù)量級(jí)，故碰撞后質(zhì)量為同一數(shù)量級(jí)，故碰撞后注入離子注入離子會(huì)發(fā)生大角會(huì)發(fā)生大角度的度的散射散射，失去一定的能量。，失去一定的能量。靶原子靶原子也因碰撞而獲也因碰撞而獲得能量，如果獲得的能量大于原子束縛能，就會(huì)離得能量，如果獲得的能量大于原子束縛能，就會(huì)離開原來(lái)所在晶格位置，開原來(lái)所在晶格位置，進(jìn)入晶格間隙進(jìn)入晶格間隙，并留下一個(gè)，并留下一個(gè)空位，形成缺陷?？瘴?，形成缺陷。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院核碰撞和電子碰撞核碰撞和電子碰撞v 注入離子在靶內(nèi)能量損失方式注入離子在靶內(nèi)能量

14、損失方式 電子碰撞電子碰撞(注入離子與靶原子周圍電子云的碰撞）注入離子與靶原子周圍電子云的碰撞）能瞬時(shí)形成電子能瞬時(shí)形成電子-空穴對(duì)空穴對(duì)兩者質(zhì)量相差大，碰撞后注入離子的能量損失很小，兩者質(zhì)量相差大，碰撞后注入離子的能量損失很小，散射角度也小，雖然經(jīng)過(guò)多次散射，散射角度也小，雖然經(jīng)過(guò)多次散射，注入離子運(yùn)動(dòng)方注入離子運(yùn)動(dòng)方向基本不變向基本不變。電子電子則被激發(fā)至更高的能級(jí)則被激發(fā)至更高的能級(jí)（激發(fā)）（激發(fā)）或或脫離原子脫離原子（電離）。（電離）。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院v 核阻止本領(lǐng)說(shuō)明注入離子在靶內(nèi)能量損失的具體核阻止本領(lǐng)說(shuō)明注入離子在靶內(nèi)能量損失的具體情況，情況，一個(gè)注入離子

15、一個(gè)注入離子在其運(yùn)動(dòng)路程上任一點(diǎn)在其運(yùn)動(dòng)路程上任一點(diǎn)x處的處的能量為能量為E，則核阻止本領(lǐng)，則核阻止本領(lǐng)/截面截面 (eVcm2)定義為：定義為：v 電子阻止本領(lǐng)電子阻止本領(lǐng)/截面（截面（eVcm2)定義為：定義為：核碰撞和電子碰撞核碰撞和電子碰撞nndxdEES)(eedxdEES)(東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院核碰撞和電子碰撞核碰撞和電子碰撞v 在單位距離上，由于核碰撞和電子碰撞，注入離在單位距離上，由于核碰撞和電子碰撞，注入離子所損失的能量則為：子所損失的能量則為：v 注入離子在靶內(nèi)運(yùn)動(dòng)的總路程注入離子在靶內(nèi)運(yùn)動(dòng)的總路程)()(ESESdxdEen)()()()(ESESdE

16、ESESdERenEooenoEo東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院核阻止本領(lǐng)核阻止本領(lǐng)注入離子與靶內(nèi)原子核之間兩體碰撞注入離子與靶內(nèi)原子核之間兩體碰撞兩粒子之間的相互作用力是電荷作用兩粒子之間的相互作用力是電荷作用摘自摘自J.F. Gibbons, Proc. IEEE, Vol. 56 (3), March, 1968, p. 295核阻止能力的一階近似為：核阻止能力的一階近似為：例如：磷離子例如：磷離子Z1 = 15, m1 = 31 注入硅注入硅Z2 = 14, m2 = 28,計(jì)算可得：計(jì)算可得：Sn 550 keV-m mm2m質(zhì)量，質(zhì)量， Z原子序數(shù)原子序數(shù)下標(biāo)下標(biāo)1離子，

17、下標(biāo)離子，下標(biāo)2靶靶 22113223212115cmeV108 . 2mmmZZZZESn對(duì)心碰撞，最大能量轉(zhuǎn)移：對(duì)心碰撞，最大能量轉(zhuǎn)移： E)m(mmmETrans221214 東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院v 低能量時(shí)，核阻止本領(lǐng)隨能量的增加而線性增加，低能量時(shí)，核阻止本領(lǐng)隨能量的增加而線性增加，Sn(E)會(huì)在某一中等能量時(shí)達(dá)到最大值。會(huì)在某一中等能量時(shí)達(dá)到最大值。v 高能量時(shí)，由于高速粒子沒(méi)有足夠的時(shí)間和靶原高能量時(shí)，由于高速粒子沒(méi)有足夠的時(shí)間和靶原子進(jìn)行有效的能量交換，所以子進(jìn)行有效的能量交換，所以Sn(E)變小。變小。核阻止本領(lǐng)核阻止本領(lǐng)東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)

18、電學(xué)院把固體中的電子看成自由電子氣，電子的阻止就類似于粘滯氣把固體中的電子看成自由電子氣，電子的阻止就類似于粘滯氣體的阻力（一階近似）。電子阻止本領(lǐng)和注入離子的能量的平體的阻力（一階近似）。電子阻止本領(lǐng)和注入離子的能量的平方根成正比。方根成正比。非局部電子阻止非局部電子阻止局部電子阻止局部電子阻止 22/ 1152/ 1cmeV102 . 0,eeionekEkCvES不改變?nèi)肷潆x子運(yùn)動(dòng)方向不改變?nèi)肷潆x子運(yùn)動(dòng)方向電荷電荷/動(dòng)量交換導(dǎo)致入射離子運(yùn)動(dòng)量交換導(dǎo)致入射離子運(yùn)動(dòng)方向的改變（動(dòng)方向的改變（500 keV東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院表面處晶格表面處晶格損傷較小損傷較小射程終點(diǎn)（射

19、程終點(diǎn)（EOR）處晶格損傷大處晶格損傷大東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院4.2 注入離子在無(wú)定形靶中的分布注入離子在無(wú)定形靶中的分布v 一個(gè)離子在停止前所經(jīng)過(guò)的總路程，稱為一個(gè)離子在停止前所經(jīng)過(guò)的總路程，稱為射程射程Rv R在入射軸方向上的投影稱為在入射軸方向上的投影稱為投影射程投影射程Xp(projected range)v R在垂直入射方向的投影稱為在垂直入射方向的投影稱為射程橫向分量射程橫向分量Xt(traverse range)v平均投影射程平均投影射程Rp：所有入射：所有入射離子投影射程平均值離子投影射程平均值v標(biāo)準(zhǔn)偏差：標(biāo)準(zhǔn)偏差：v橫向標(biāo)準(zhǔn)偏差：橫向標(biāo)準(zhǔn)偏差：212ppPR

20、xR212RxRt東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院)(21exp)(2maxppRRxNxn注入離子在無(wú)定形靶中的分布注入離子在無(wú)定形靶中的分布v 對(duì)于無(wú)定形靶（對(duì)于無(wú)定形靶（SiO2、Si3N4、光刻膠等），注入離子的、光刻膠等），注入離子的縱向分布可用高斯函數(shù)表示：縱向分布可用高斯函數(shù)表示：200 keV 注入注入Cp東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院 pSRNdxxNNmax2Ns：為離子注入劑量（：為離子注入劑量（Dose）, 單位為單位為 ions/cm2，可以從測(cè)量積分束流得到可以從測(cè)量積分束流得到22exp2)(pppSRRxRNxN由由 ， 可以得到：可以得到：假

21、定總注入離子量為假定總注入離子量為NspSpSRNRNN4 . 02max東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院Ns可以精確控制可以精確控制dtqIANs1A為注入面積，為注入面積，I為硅片背面搜集到的束為硅片背面搜集到的束流（流（Farady Cup），），t為積分時(shí)間，為積分時(shí)間，q為為離子所帶的電荷。離子所帶的電荷。例如：當(dāng)例如：當(dāng)A2020 cm2，I0.1 m mA時(shí)，時(shí)，satoms/cm1056. 129AqItNS而對(duì)于一般而對(duì)于一般NMOS的的VT調(diào)節(jié)的劑量為：調(diào)節(jié)的劑量為：B 1-51012 cm-2注入時(shí)間為注入時(shí)間為30分鐘分鐘對(duì)比一下：如果采用預(yù)淀積擴(kuò)散（對(duì)比一下：

22、如果采用預(yù)淀積擴(kuò)散（1000 C），表面濃度），表面濃度為固溶度為固溶度1020 cm-3時(shí)，時(shí)，D10-14 cm2/s每秒劑量達(dá)每秒劑量達(dá)1013/cm2I0.01 m mAmADtCQs2東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院常用注入離子在不同注入能量下的特性常用注入離子在不同注入能量下的特性平均投影射程平均投影射程Rp標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差 Rp東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院已知注入離子的能量和劑量，已知注入離子的能量和劑量，估算注入離子在靶中的估算注入離子在靶中的 濃度和結(jié)深濃度和結(jié)深問(wèn)題：?jiǎn)栴}：140 keV的的B+離子注入到直徑為離子注入到直徑為150 mm的硅的硅靶中。靶

23、中。注入注入 劑量劑量NS=510 14/cm2（襯底濃度（襯底濃度21016 /cm3） 注入離子的投影射程注入離子的投影射程Rp=0.43 m mm 投影射程標(biāo)準(zhǔn)偏差投影射程標(biāo)準(zhǔn)偏差 Rp0.086 m0.086 mm 1) 試估算峰值濃度、結(jié)深試估算峰值濃度、結(jié)深 2) 如注入時(shí)間為如注入時(shí)間為1分鐘，估算所需束流。分鐘，估算所需束流。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院【解】【解】1) 峰值濃度峰值濃度 Nmax=0.4Ns/ R Rp p=0.451014/(0.08610-4)=2.341019 cm-3 襯底濃度襯底濃度nB21016 cm-3 xj=0.734 m mm 2

24、) 注入的總離子數(shù)注入的總離子數(shù) Q摻雜劑量硅片面積摻雜劑量硅片面積 51014 (15/2)2=8.81016 離子數(shù)離子數(shù) IqQ/t (1.61019C)(8.81016)/60 sec=0.23 mA 2max21expppjBjRRxNnxn東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院注入離子的真實(shí)分布注入離子的真實(shí)分布v 真實(shí)分布非常復(fù)雜，不服從嚴(yán)格的高斯分布真實(shí)分布非常復(fù)雜，不服從嚴(yán)格的高斯分布v 當(dāng)輕離子硼（當(dāng)輕離子硼（B）注入到硅中，會(huì)有較多的硼離子受到大）注入到硅中，會(huì)有較多的硼離子受到大角度的散射（背散射），會(huì)引起在峰值位置與表面一側(cè)有角度的散射（背散射），會(huì)引起在峰值位置與

25、表面一側(cè)有較多的離子堆積；重離子散射得更深。較多的離子堆積；重離子散射得更深。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院橫向效應(yīng)指的是注入橫向效應(yīng)指的是注入離子在垂直于入射方離子在垂直于入射方向平面內(nèi)的分布情況向平面內(nèi)的分布情況橫向效應(yīng)影響橫向效應(yīng)影響MOS晶體晶體管的有效溝道長(zhǎng)度。管的有效溝道長(zhǎng)度。221exp2)(),(RyRxNyxN R （m m）橫向效應(yīng)橫向效應(yīng)東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院注入離子在無(wú)定形靶中的分布注入離子在無(wú)定形靶中的分布v橫向分布（橫向分布（高斯分布）高斯分布） 入射離子在垂直入射方向平面內(nèi)的雜質(zhì)分布入射離子在垂直入射方向平面內(nèi)的雜質(zhì)分布 橫向滲透遠(yuǎn)小于

26、熱擴(kuò)散橫向滲透遠(yuǎn)小于熱擴(kuò)散東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院35 keV As注入注入120 keV As注入注入東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院注入掩蔽層注入掩蔽層掩蔽層應(yīng)該多厚？掩蔽層應(yīng)該多厚？如果要求掩膜層能完全阻擋離子如果要求掩膜層能完全阻擋離子xm為恰好能夠完全阻擋離子的為恰好能夠完全阻擋離子的掩膜厚度掩膜厚度Rp*為離子在掩蔽層中的平均為離子在掩蔽層中的平均射程，射程， Rp*為離子在掩蔽層中為離子在掩蔽層中的射程標(biāo)準(zhǔn)偏差的射程標(biāo)準(zhǔn)偏差BmmNRRxNxnPP2*2*max2exp)(*東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院*max*ln2PPBPPmRmRNNRR

27、x解出所需的掩膜層厚度：解出所需的掩膜層厚度：穿過(guò)掩膜層的劑量：穿過(guò)掩膜層的劑量：*2*2erfc221exp2pPmSxpPpSPRRxNdxRRxRNNm余誤差函數(shù)余誤差函數(shù)東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院典型離子注入?yún)?shù)典型離子注入?yún)?shù)離子：離子：P，As，Sb，B，In，O劑量：劑量：10111018 cm-2能量：能量：1 400 keV 可重復(fù)性和均勻性可重復(fù)性和均勻性: 1%溫度：室溫溫度：室溫流量：流量：1012-1014 cm-2s-1東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院本節(jié)課主要內(nèi)容本節(jié)課主要內(nèi)容LSS理論？阻止能力的含義？理論？阻止能力的含義？離子注入的雜質(zhì)分

28、布？退火后？離子注入的雜質(zhì)分布？退火后？離子注入的主要特點(diǎn)？離子注入的主要特點(diǎn)？掩蔽膜的厚度？掩蔽膜的厚度？精確控制摻雜，淺結(jié)、淺摻雜，精確控制摻雜，淺結(jié)、淺摻雜，純度高，低溫，多種掩模，純度高，低溫，多種掩模，非晶靶。能量損失為兩個(gè)彼非晶靶。能量損失為兩個(gè)彼此獨(dú)立的過(guò)程此獨(dú)立的過(guò)程(1) 核阻止與核阻止與(2) 電子阻止之和。能量為電子阻止之和。能量為E的入的入射粒子在密度為射粒子在密度為N的靶內(nèi)走的靶內(nèi)走過(guò)過(guò)x距離后損失的能量。距離后損失的能量。掩膜層能完全阻擋離子的條件：掩膜層能完全阻擋離子的條件：Bmnxn* 2max21expppRRxNxnpSRNN4 . 0max東華理工大學(xué)機(jī)電

29、學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院v 以上討論的是以上討論的是無(wú)定形靶無(wú)定形靶的情形。的情形。 無(wú)定形材料中原子排列無(wú)序，靶對(duì)入射離子的阻止作無(wú)定形材料中原子排列無(wú)序，靶對(duì)入射離子的阻止作用是用是各向同性各向同性的的 一定能量的離子沿不同方向射入靶中將會(huì)得到相同的一定能量的離子沿不同方向射入靶中將會(huì)得到相同的平均射程。平均射程。v實(shí)際的硅片實(shí)際的硅片單晶單晶 在單晶靶中，原子是按一定規(guī)律周期地重復(fù)排列，而在單晶靶中，原子是按一定規(guī)律周期地重復(fù)排列，而且晶格具有一定的對(duì)稱性。且晶格具有一定的對(duì)稱性。 靶對(duì)入射離子的阻止作用將不是各向同性的，而與晶靶對(duì)入射離子的阻止作用將不是各向同性的，而與晶體取向有關(guān)。體

30、取向有關(guān)。離子注入的溝道效應(yīng)離子注入的溝道效應(yīng)東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院離子注入的溝道效應(yīng)離子注入的溝道效應(yīng)v定義：當(dāng)離子注入的方向與靶晶體的某個(gè)晶向平行定義：當(dāng)離子注入的方向與靶晶體的某個(gè)晶向平行時(shí)，一些離子將沿時(shí)，一些離子將沿溝道溝道運(yùn)動(dòng)。溝道離子唯一的能量損運(yùn)動(dòng)。溝道離子唯一的能量損失機(jī)制是電子阻止，因此注入離子的能量損失率就很失機(jī)制是電子阻止，因此注入離子的能量損失率就很低，故注入深度較大。低，故注入深度較大。v離子方向離子方向=溝道方向時(shí)溝道方向時(shí)離子因?yàn)闆](méi)有碰到晶格而長(zhǎng)驅(qū)直入離子因?yàn)闆](méi)有碰到晶格而長(zhǎng)驅(qū)直入v效果：在不應(yīng)該存在雜質(zhì)的深度發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)效果：在不應(yīng)該存在雜質(zhì)的深

31、度發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)多出了一個(gè)峰！多出了一個(gè)峰！東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院離子注入的溝道效應(yīng)離子注入的溝道效應(yīng)傾斜旋轉(zhuǎn)硅片后的無(wú)序方向傾斜旋轉(zhuǎn)硅片后的無(wú)序方向東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院射程分布與注入方向的關(guān)系射程分布與注入方向的關(guān)系濃度分布濃度分布 由于溝道效應(yīng)的存在，在晶體中注入將偏離由于溝道效應(yīng)的存在，在晶體中注入將偏離LSS理論在非晶體中的高斯分布，濃度分布中出現(xiàn)一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的理論在非晶體中的高斯分布，濃度分布中出現(xiàn)一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的“尾巴尾巴”產(chǎn)生非晶化的劑量產(chǎn)生非晶化的劑量沿沿的溝道效應(yīng)的溝道效應(yīng)東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院怎么解決？怎么解決？B質(zhì)量比質(zhì)量比As

32、輕，當(dāng)以約輕，當(dāng)以約7 角度進(jìn)行離子注入硅襯底時(shí)，角度進(jìn)行離子注入硅襯底時(shí)， B的尾區(qū)更大。因?yàn)椋旱奈矃^(qū)更大。因?yàn)椋簻系佬?yīng)：當(dāng)溝道效應(yīng)：當(dāng)離子沿晶軸方向注入離子沿晶軸方向注入時(shí)，大部分離子將沿溝道時(shí)，大部分離子將沿溝道運(yùn)動(dòng)，幾乎不會(huì)受到原子核的運(yùn)動(dòng)，幾乎不會(huì)受到原子核的散射散射，方向基本不變，可以走，方向基本不變，可以走得很遠(yuǎn)（很深）。得很遠(yuǎn)（很深）。傾斜角度注入傾斜角度注入表層非晶化：預(yù)非晶化，大劑量注入，表層非晶化：預(yù)非晶化，大劑量注入，非晶非晶SiO2膜膜1）B碰撞后傳遞給硅的能量小，難以形成非晶層碰撞后傳遞給硅的能量小，難以形成非晶層2）B的散射大，容易進(jìn)入溝道。的散射大，容易進(jìn)入溝

33、道。非晶非晶東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院減少溝道效應(yīng)的措施減少溝道效應(yīng)的措施v 對(duì)大的離子，沿溝道軸向?qū)Υ蟮碾x子，沿溝道軸向(110)偏離偏離710ov用用Si，Ge，F(xiàn)，Ar等離子注入使表面預(yù)非晶化，等離子注入使表面預(yù)非晶化，形成非晶層（形成非晶層（Pre-amorphization）v增加注入劑量（晶格損失增加，非晶層形成，增加注入劑量（晶格損失增加，非晶層形成，溝道離子減少）溝道離子減少）v表面用表面用SiO2層掩膜層掩膜東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院怎么解決？怎么解決？東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院淺結(jié)的形成淺結(jié)的形成v為了抑制為了抑制MOS晶體管的穿通

34、電流和減小器件的短晶體管的穿通電流和減小器件的短溝效應(yīng)，要求減小溝效應(yīng)，要求減小CMOS的源的源/漏結(jié)的結(jié)深。漏結(jié)的結(jié)深。v形成硼的淺結(jié)較困難，目前采用的方法：形成硼的淺結(jié)較困難，目前采用的方法： 硼質(zhì)量較輕，投影射程深，故采用硼質(zhì)量較輕，投影射程深，故采用BF2分子注入法分子注入法F的電活性、的電活性、B的擴(kuò)散系數(shù)高的擴(kuò)散系數(shù)高B被偏轉(zhuǎn)進(jìn)入主晶軸的幾率大被偏轉(zhuǎn)進(jìn)入主晶軸的幾率大 降低注入離子的能量形成淺結(jié)降低注入離子的能量形成淺結(jié)低能下溝道效應(yīng)比較明顯，且離子的穩(wěn)定向較差。低能下溝道效應(yīng)比較明顯，且離子的穩(wěn)定向較差。 預(yù)先非晶化預(yù)先非晶化注注B之前，先用重離子高劑量注入，使硅表面變?yōu)榉蔷У谋?/p>

35、面層。之前，先用重離子高劑量注入，使硅表面變?yōu)榉蔷У谋砻鎸?。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院注入后發(fā)生了什么注入后發(fā)生了什么v晶格損傷和無(wú)定型層晶格損傷和無(wú)定型層 靶原子在碰撞過(guò)程中，獲得能量，離開晶格位置，進(jìn)靶原子在碰撞過(guò)程中，獲得能量，離開晶格位置，進(jìn)入間隙，形成入間隙，形成間隙空位缺陷對(duì)間隙空位缺陷對(duì)； 脫離晶格位置的靶原子與其它靶原子碰撞，也可使得脫離晶格位置的靶原子與其它靶原子碰撞，也可使得被碰靶原子脫離晶格位置。被碰靶原子脫離晶格位置。 缺陷的存在使得半導(dǎo)體中載流子的遷移率下降，少子缺陷的存在使得半導(dǎo)體中載流子的遷移率下降，少子壽命縮短，影響器件性能。壽命縮短，影響器件性能

36、。v雜質(zhì)未激活雜質(zhì)未激活 在注入的離子中，只有少量的離子處在電激活的晶格在注入的離子中，只有少量的離子處在電激活的晶格位置。位置。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院晶格損傷：晶格損傷：高能離子注入硅片后與靶原子發(fā)生一系列高能離子注入硅片后與靶原子發(fā)生一系列碰撞碰撞，可能使靶原子發(fā)生可能使靶原子發(fā)生位移位移，被位移原子還可能把能量依次傳給，被位移原子還可能把能量依次傳給其它原子，結(jié)果產(chǎn)生一系列的其它原子，結(jié)果產(chǎn)生一系列的空位間隙原子對(duì)空位間隙原子對(duì)及其它類型及其它類型晶格無(wú)序的分布。這種因?yàn)殡x子注入所引起的簡(jiǎn)單或復(fù)雜的晶格無(wú)序的分布。這種因?yàn)殡x子注入所引起的簡(jiǎn)單或復(fù)雜的缺陷統(tǒng)稱為晶格損傷。

37、缺陷統(tǒng)稱為晶格損傷。什么是注入損傷什么是注入損傷(Si)SiSiI + SiV東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院注入損傷的產(chǎn)生注入損傷的產(chǎn)生v移位原子：因碰撞而離開晶格位置的原子。移位原子：因碰撞而離開晶格位置的原子。v移位閾能移位閾能Ed：使一個(gè)處于平衡位置的原子發(fā)：使一個(gè)處于平衡位置的原子發(fā)生移位，所需的最小能量生移位，所需的最小能量. (對(duì)于硅原子對(duì)于硅原子, Ed 15eV) EEd 無(wú)位移原子無(wú)位移原子 EdE2Ed 級(jí)聯(lián)碰撞級(jí)聯(lián)碰撞v注入離子通過(guò)碰撞把能量傳給靶原子核及其注入離子通過(guò)碰撞把能量傳給靶原子核及其電子的過(guò)程，稱為能量傳遞過(guò)程電子的過(guò)程，稱為能量傳遞過(guò)程?hào)|華理工大學(xué)

38、機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院損傷區(qū)的分布損傷區(qū)的分布重離子每次碰撞傳輸給靶的能量較重離子每次碰撞傳輸給靶的能量較大，散射角小，獲得大能量的位移大，散射角小，獲得大能量的位移原子還可使許多原子移位。注入離原子還可使許多原子移位。注入離子的能量損失以核碰撞為主。同時(shí)，子的能量損失以核碰撞為主。同時(shí)，射程較短，在小體積內(nèi)有較大損傷。射程較短，在小體積內(nèi)有較大損傷。重離子注入所造成的損傷區(qū)域小，重離子注入所造成的損傷區(qū)域小，損傷密度大。損傷密度大。質(zhì)量較靶原子輕的離子傳給靶原子質(zhì)量較靶原子輕的離子傳給靶原子能量較小，被散射角度較大，只能能量較小，被散射角度較大，只能產(chǎn)生數(shù)量較少的位移靶原子，因此，產(chǎn)生

39、數(shù)量較少的位移靶原子，因此，注入離子運(yùn)動(dòng)方向的變化大，產(chǎn)生注入離子運(yùn)動(dòng)方向的變化大，產(chǎn)生的損傷密度小，不重疊，但區(qū)域較的損傷密度小，不重疊，但區(qū)域較大。呈鋸齒狀。大。呈鋸齒狀。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院非晶層的形成非晶層的形成q 注入離子引起的晶格損傷有可注入離子引起的晶格損傷有可能使晶體結(jié)構(gòu)完全破壞變?yōu)闊o(wú)能使晶體結(jié)構(gòu)完全破壞變?yōu)闊o(wú)序的非晶區(qū)。序的非晶區(qū)。q 與注入劑量的關(guān)系與注入劑量的關(guān)系 注入劑量越大，晶格損傷越注入劑量越大，晶格損傷越嚴(yán)重。嚴(yán)重。 臨界劑量：使晶格完全無(wú)序臨界劑量：使晶格完全無(wú)序的劑量。的劑量。 臨界劑量和注入離子的質(zhì)量臨界劑量和注入離子的質(zhì)量有關(guān)有關(guān)東華理

40、工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院注入后需要做什么注入后需要做什么q 被注入離子往往處于半導(dǎo)體晶格的間隙位置，對(duì)載流子的被注入離子往往處于半導(dǎo)體晶格的間隙位置，對(duì)載流子的輸運(yùn)沒(méi)有貢獻(xiàn)；而且也造成大量損傷。輸運(yùn)沒(méi)有貢獻(xiàn)；而且也造成大量損傷。q 注入后的半導(dǎo)體材料：注入后的半導(dǎo)體材料： 雜質(zhì)處于間隙雜質(zhì)處于間隙 nND；pNA 晶格損傷，遷移率下降；少子壽命下降晶格損傷，遷移率下降；少子壽命下降 熱退火后：熱退火后：n n=ND (p=NA) m m m mbulk 0退火：退火：又叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮?dú)獾炔换钣纸袩崽幚恚呻娐饭に囍兴械脑诘獨(dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)行的熱處理過(guò)程都可以

41、稱為退火潑氣氛中進(jìn)行的熱處理過(guò)程都可以稱為退火東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院損傷退火的目的損傷退火的目的q 恢復(fù)晶格恢復(fù)晶格去除由注入造成的損傷，讓硅晶格恢復(fù)其去除由注入造成的損傷，讓硅晶格恢復(fù)其原有完美晶體結(jié)構(gòu)原有完美晶體結(jié)構(gòu)q 激活雜質(zhì)激活雜質(zhì)讓雜質(zhì)進(jìn)入電活性（讓雜質(zhì)進(jìn)入電活性（electrically active） 位位置替位位置。置替位位置。q 電性能還原電性能還原恢復(fù)載流子遷移率和少子壽命恢復(fù)載流子遷移率和少子壽命注意：退火過(guò)程中應(yīng)避免大幅度的雜質(zhì)再分布注意：退火過(guò)程中應(yīng)避免大幅度的雜質(zhì)再分布東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院注入后需要做什么注入后需要做什么v 退火

42、：退火： 退火方式：退火方式：爐退火爐退火快速退火：脈沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波快速退火：脈沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波激光、非相干寬帶頻光源激光、非相干寬帶頻光源(如鹵光燈、電弧燈、如鹵光燈、電弧燈、石墨加熱器、紅外設(shè)備等石墨加熱器、紅外設(shè)備等)東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院注入后需要做什么注入后需要做什么v 退火：退火： 原理原理高溫下，原子振動(dòng)能高溫下，原子振動(dòng)能，移動(dòng)能力，移動(dòng)能力，可使，可使復(fù)雜損傷復(fù)雜損傷分解分解為簡(jiǎn)單缺陷（如空位、間隙原子等），簡(jiǎn)單缺為簡(jiǎn)單缺陷（如空位、間隙原子等），簡(jiǎn)單缺陷以較高的遷移率移動(dòng)，陷以較高的遷移率移動(dòng)，復(fù)合復(fù)合后缺陷消失。后缺陷消失。高溫

43、下，高溫下，非晶區(qū)域損傷恢復(fù)非晶區(qū)域損傷恢復(fù)發(fā)生在損傷區(qū)與結(jié)晶區(qū)發(fā)生在損傷區(qū)與結(jié)晶區(qū)的交界面，即由單晶區(qū)向非晶區(qū)通過(guò)的交界面，即由單晶區(qū)向非晶區(qū)通過(guò)固相外延或液固相外延或液相外延相外延而使整個(gè)非晶區(qū)得到恢復(fù)。而使整個(gè)非晶區(qū)得到恢復(fù)。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院硼的退火特性硼的退火特性v低劑量（低劑量（81012/cm2） 電激活比例隨溫度上升而增加電激活比例隨溫度上升而增加v 高劑量（高劑量（1014/cm2和和1015/cm2） 退火溫度可以分為三個(gè)區(qū)域退火溫度可以分為三個(gè)區(qū)域500以下，電激活比例又隨溫度上升而增加以下，電激活比例又隨溫度上升而增加500600范圍內(nèi)，出現(xiàn)逆退火

44、特性范圍內(nèi)，出現(xiàn)逆退火特性晶格損傷解離而釋放出大量的間隙晶格損傷解離而釋放出大量的間隙Si原子，這些間隙原子，這些間隙Si原原子與替位子與替位B原子接近時(shí)，可以相互換位，使得原子接近時(shí)，可以相互換位，使得B原子進(jìn)入原子進(jìn)入晶格間隙，激活率下降。晶格間隙，激活率下降。600以上，電激活比例又隨溫度上升而增加以上，電激活比例又隨溫度上升而增加58電激活比例東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院v 虛線表示的是注入損傷區(qū)還沒(méi)有變成非晶區(qū)的退火特虛線表示的是注入損傷區(qū)還沒(méi)有變成非晶區(qū)的退火特性（劑量從性（劑量從31012/cm2增加到增加到31014/cm2） 電激活比例隨溫度上升而增加。電激活比例

45、隨溫度上升而增加。 劑量升高時(shí)，退火溫度相應(yīng)升高，才能消除更為復(fù)劑量升高時(shí)，退火溫度相應(yīng)升高，才能消除更為復(fù)雜的無(wú)規(guī)則損傷。雜的無(wú)規(guī)則損傷。v 實(shí)線表示的是非晶區(qū)的退火特性（劑量大于實(shí)線表示的是非晶區(qū)的退火特性（劑量大于1015/cm2），），退火溫度降低為退火溫度降低為600 左右左右 非晶層的退火機(jī)理是與非晶層的退火機(jī)理是與固相外延再生長(zhǎng)過(guò)程固相外延再生長(zhǎng)過(guò)程相聯(lián)系相聯(lián)系 在再生長(zhǎng)過(guò)程中，在再生長(zhǎng)過(guò)程中，族原子實(shí)際上與硅原子難以區(qū)族原子實(shí)際上與硅原子難以區(qū)分，它們?cè)谠俳Y(jié)晶的過(guò)程當(dāng)中，作為替位原子被結(jié)分，它們?cè)谠俳Y(jié)晶的過(guò)程當(dāng)中，作為替位原子被結(jié)合在晶格位置上。合在晶格位置上。所以在相對(duì)很低的

46、溫度下，雜質(zhì)所以在相對(duì)很低的溫度下，雜質(zhì)可被完全激活?？杀煌耆せ?。磷的退火特性磷的退火特性60電激活比例東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院熱退火過(guò)程中的熱退火過(guò)程中的擴(kuò)散效應(yīng)擴(kuò)散效應(yīng)v 熱退火的溫度與熱擴(kuò)散的溫度相比，要低得多。熱退火的溫度與熱擴(kuò)散的溫度相比，要低得多。但是，對(duì)于注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)，即使在比較低的溫度但是，對(duì)于注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)，即使在比較低的溫度下，下，雜質(zhì)擴(kuò)散也是非常顯著的雜質(zhì)擴(kuò)散也是非常顯著的。 這是因?yàn)殡x子注入所造成的晶格損傷，使硅內(nèi)的空位密這是因?yàn)殡x子注入所造成的晶格損傷，使硅內(nèi)的空位密度比熱平衡時(shí)晶體中的空位密度要大得多。度比熱平衡時(shí)晶體中的空位密度要大得多。 離子注入

47、也是晶體內(nèi)存在大量的間隙原子和多種缺陷，離子注入也是晶體內(nèi)存在大量的間隙原子和多種缺陷，這些都會(huì)使得擴(kuò)散系數(shù)增加，擴(kuò)散效應(yīng)增強(qiáng)。這些都會(huì)使得擴(kuò)散系數(shù)增加，擴(kuò)散效應(yīng)增強(qiáng)。v 熱退火中的擴(kuò)散稱為熱退火中的擴(kuò)散稱為增強(qiáng)擴(kuò)散增強(qiáng)擴(kuò)散。東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院 DtxDtQtxC4exp2,2 22exp2pppRRxRQxCDtRRxDtRQtxCPPP22exp22,222Dt D0t0Dt一個(gè)高斯分布在退火后一個(gè)高斯分布在退火后仍然是高斯分布，其標(biāo)仍然是高斯分布，其標(biāo)準(zhǔn)偏差和峰值濃度發(fā)生準(zhǔn)偏差和峰值濃度發(fā)生改變。改變。0022)(tDRp 離子注入退火后的雜質(zhì)分布離子注入退火后的雜

48、質(zhì)分布東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院熱退火過(guò)程中的擴(kuò)散效應(yīng)熱退火過(guò)程中的擴(kuò)散效應(yīng)v 注入雜質(zhì)經(jīng)退火后在靶內(nèi)的分布仍然是高注入雜質(zhì)經(jīng)退火后在靶內(nèi)的分布仍然是高斯分布斯分布 標(biāo)準(zhǔn)偏差需要修正標(biāo)準(zhǔn)偏差需要修正 擴(kuò)散系數(shù)明顯增加擴(kuò)散系數(shù)明顯增加?xùn)|華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院熱退火過(guò)程中的擴(kuò)散效應(yīng)熱退火過(guò)程中的擴(kuò)散效應(yīng)v高斯分布的雜質(zhì)在熱退火過(guò)程中會(huì)使其分布展寬高斯分布的雜質(zhì)在熱退火過(guò)程中會(huì)使其分布展寬，偏，偏離注入時(shí)的分布，尤其是尾部，出現(xiàn)了較長(zhǎng)的按指數(shù)離注入時(shí)的分布，尤其是尾部，出現(xiàn)了較長(zhǎng)的按指數(shù)衰減的拖尾衰減的拖尾東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院東華理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院快速熱退火（快速熱退火（RTA）v傳統(tǒng)熱退火的