合集7.離子注入實(shí)驗(yàn)七

1、實(shí)驗(yàn)七：離子注入工藝04 微電子系0472194一：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^對(duì)集成電路工藝多教學(xué)的學(xué)習(xí)，了解離子注入工藝。掌握離子注入原理，基本了解離子注入設(shè)備和工藝過程，理解離子注入損傷的新城和消除方法，并對(duì)離子注入工藝在 ic 中的應(yīng)用有清晰的認(rèn)識(shí)。二：工藝原理：1）離子注入技術(shù)是將某種元素的原子進(jìn)行電力，并使離子在電場中加速獲得較高的動(dòng)能后，射入固體材料表層，以改變這種材料表層的物理或化學(xué)性能的一種技術(shù)。在集成電路制造中應(yīng)用離子注入技術(shù)，主要是為了對(duì)硅和砷化鎵等材料精心參雜達(dá)到改變材料電學(xué)性質(zhì)的目的。2）離子注入設(shè)備的構(gòu)建及其主要功能：1離子發(fā)生器：-Source Handling System.

2、 它把離子源產(chǎn)生的等離子狀態(tài)的粒子以一定的加速度發(fā)射出去。2硅片控制系統(tǒng)：-VLSIr Handling System. 它是將一排硅片用機(jī)械臂和傳輸帶一次放置到靶位上，并且盡量的減小振動(dòng)和復(fù)雜度。3控制面板：-Control Panel. 它控制著整個(gè)注入記得操作流程，對(duì)注入離子的種類，能量，諸如劑量進(jìn)行控制，并提供對(duì)離子時(shí)的真空度以及離子束的等參數(shù)的設(shè)置。3）實(shí)驗(yàn)原理：1射程：射程 R 指離子從進(jìn)入靶到停止為止走過的總距離。與此相關(guān)的還有投影射程 Xp，射程橫向分量 Xt，平均投影射程 Rp，標(biāo)準(zhǔn)偏差。射程主要決定于晶格對(duì)注入離子的核能力以及電子對(duì)注入離子的電子阻止能力。2注入離子分布：又

3、分為縱向分布和橫向分布。對(duì)于無定形靶，（如 SiO2,Si3N4,Al2O3 和光刻膠等），縱向分布可取可取分布：其中，N(x):表示距離靶表面為 x 的注入離子濃度。Nmax:為峰值處濃度，它與注入劑量 Ns 的關(guān)系為：Rp：由 LSS 理論算出（可查表）橫向效應(yīng)指的是注入離子在垂射方向平面內(nèi)的分布情況。它將直接影響 MOS 晶體管的有效溝道長度。分布如下：3 溝道效應(yīng)：對(duì)于單晶靶，原子是按一定規(guī)則周期重復(fù)排列的，而且晶格具有一定的對(duì)稱性。因此把對(duì)入射的作用將不是各向同性的，而與晶體取向有關(guān)。當(dāng)離子沿溝道方向入射時(shí)，其軌道不是無規(guī)則的，而是在溝道中前進(jìn)，此時(shí)來自把原子的作用要小得多，因此射程

4、要大得多。溝道離子開始的入射角度稱為臨界角。4損傷：高能離子注入半導(dǎo)體靶時(shí)，與靶原子核發(fā)生碰撞，并把能量傳輸給靶原子。最后注入離子喪失掉能量而終止于靶中。在此過程中，若傳給靶原子的能量足夠大時(shí)，把原子發(fā)生位移，形成一個(gè)碰撞與位移的級(jí)連，從而在靶中形成無數(shù)空位與間隙原子。這時(shí)可以通過退火來消除損傷。其中快速熱退火（RTA）是最有效的一種，它不僅可以有效消除損傷，還可以避免長時(shí)間熱處理對(duì)參雜分布產(chǎn)生的明顯影響。4）離子注入工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)如下：可在較低的溫度下，進(jìn)行各種雜質(zhì)的摻雜。能精確控制雜質(zhì)的濃度分布和注入深度?？蓪?shí)現(xiàn)大面積均勻參雜，重復(fù)性好。參雜純度高。獲得住濃度擴(kuò)散層不受固濃度限制。6）

5、方向性好，橫向擴(kuò)散小。7）理想的雜質(zhì)分布可透過一定厚度的 SiO2 膜進(jìn)行參雜。工藝條件易控制缺點(diǎn)如下：高能粒子注入會(huì)改變晶格結(jié)構(gòu)，造成損傷。離子注入設(shè)備昂貴。5）離子注入在 CMOS 中的應(yīng)用：以 2.0umN 阱 CMOS 工藝為例：1 為 N 阱注入（注 P+）劑量 3*1012 cm-2 , E=80keV2 為阱外場注（注 B+）劑量 1*1013 cm-2 , E=120keV3 為注 P，防止寄生溝道。4 為調(diào)開啟電壓（注 B+）劑量 6*1011 cm-2 , E=100keV為 NMOS 源、漏（注 P+）劑量 3*1015 cm-2 , E=150keV為 PMOS 源、漏

6、（注 B+）劑量 3*1015 cm-2 , E=100keV三離子注入工藝模擬實(shí)驗(yàn)：1）能量一定，改變劑量。a). 130kV劑量:1E1011 cm-2峰值：15.79atom/cm3位置：0.15um結(jié)深：0.27umb). 130kV劑量:1E1013 cm-2峰值：17.79atom/cm3位置：0.15um結(jié)深：0.52umc). 130kV劑量:1E1011 cm-2峰值：19.84atom/cm3位置：0.15um結(jié)深：0.66um結(jié)論：離子注入的能量相同時(shí)，峰值的位置相同，但是劑量越大，峰值越大，結(jié)深越大，尾區(qū)越長。2）劑量一定，改變能量。a). 100kV劑量:1E1014

7、 cm-2峰值：18.87atom/cm3位置：0.1um結(jié)深：0.61umb). 150kV劑量:1E1014 cm-2峰值：18.74atom/cm3位置：0.15um結(jié)深：0.64umc). 200kV劑量:1E1014 cm-2峰值：18.65atom/cm3位置：0.25um結(jié)深：0.64um結(jié)論：在劑量相同時(shí)，離子注入的能量越大時(shí)，峰值越小，位置越深，結(jié)深越大，但是尾區(qū)卻越短。實(shí)驗(yàn)：1試驗(yàn)結(jié)果分析，說明影響注入雜質(zhì)濃度分布的主要：答：可以看到，離子注入的能量和劑量是影響雜質(zhì)濃度分布的主要因素。當(dāng)離子注入的能量相同時(shí)，峰值的位置相同，但是劑量越大，峰值越大，結(jié)深越大，尾區(qū)越長。在劑量相同時(shí)，離子注入的能量越大時(shí)，峰值越小，位置越深，結(jié)深越大，但是尾區(qū)卻越短。2分析相同注入能量、不同注入劑量和相同注入劑量、不同注入能量的兩組曲線的變化趨勢（包括注入結(jié)深、曲線的形貌及雜質(zhì)濃度峰值對(duì)應(yīng)的位置等）答：當(dāng)離子注入的能量相同時(shí)，峰值的位