工藝之注入四

工藝之注入四第一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日離子注入是對半導體表面附近區(qū)域進行摻雜的另一種方法。離子注入可以滿足淺結(jié)、低溫和精確控制的要求，已經(jīng)成為重要的制造工藝。在離子注入工藝中，首先產(chǎn)生雜質(zhì)離子，然后將這些離子加速到5keV-1MeV的高能狀態(tài)，接著把離子注入到半導體內(nèi)。注入離子會使注入路徑上的半導體原子移位，而這些離子不一定穩(wěn)定在被移位原子的晶格位置上。接下來進行的退火（加熱半導體）可以消除晶格損傷并且激活摻雜雜質(zhì)。第二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日在離子注入的過程中，硅片表面上的SiO2、Si3N4、光刻膠以及鋁（Al）薄膜都可以作為掩蔽層。與擴散的情況類似，注入離子停止在掩蔽材料中，不能進入到掩蔽層下方的硅中。離子注入在集成電路制造中的主要應用：隔離工序中防止寄生溝道用的溝道截斷調(diào)整閾值電壓用的溝道摻雜CMOS阱的形成源漏區(qū)域的形成淺結(jié)等第三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日§4.1概述定義：使待摻雜原子（分子）電離，加速到一定能量并注入到晶體中，經(jīng)退火激活雜質(zhì)，達到摻雜目的。在六十年代以來，由于宇宙航行、電子對抗和各種功能電子計算機的發(fā)展，對半導體器件和電路提出了更高的要求，原有的生產(chǎn)工藝已不能滿足這一要求，限制了半導體器件和電路性能的進一步提高。離子注入技術(shù)，正是適應這種需要而發(fā)展起來的一種半導體摻雜新工藝，它可以使集成電路的速度提高一個數(shù)量級。第五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日（最早）在1952年（晶體管發(fā)明后四年），貝爾實驗室研究離子束轟擊技術(shù)→改善半導體特性（在半導體表面用H+離子轟擊形成p-n結(jié)，制成了具有短波長響應的太陽能電池）1954年，肖克萊提出新觀點：認為采用離子注入技術(shù)能夠制造半導體器件，并預言這種方法可制造薄基區(qū)的高頻晶體管1955年，英國的W.D.Gussins用離子注入技術(shù)在n型材料上形成p型摻雜（硼離子轟擊Ge晶片，在n型材料上形成p型層，但當時對p-n結(jié)形成機理不很清楚，所以這一新技術(shù)沒有得到人們重視）第六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日隨著原子能技術(shù)的發(fā)展，特別是離子束對物質(zhì)轟擊效果的深入研究，以及強離子束設(shè)備的出現(xiàn)，為離子注入技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時，半導體器件工藝需要進一步改進，尋求一種新的摻雜方法，于是在六十年代，離子注入技術(shù)又重新興起。1961年第一個實用的離子注入器件問世（離子注入硅粒子探測器）1963年在Si中注入高濃度銫離子形成p-n結(jié)1968年離子注入實現(xiàn)變?nèi)荻O管，以及MOS晶體管1973年第一臺商用離子注入機問世1973年以后，更深入的了解和更廣泛的應用1980年后，大多數(shù)摻雜工藝已經(jīng)全部采用離子注入；目前離子注入技術(shù)已成為特大規(guī)模集成電路（ULSI）制作中不可缺少的摻雜工藝第七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日離子注入的優(yōu)點：1．離子純度高，能量單一，保證了摻雜純度不受雜質(zhì)源純度的影響。注入過程在高真空下進行，避免了污染。2．可精確控制注入到硅中的摻雜原子數(shù)目劑量：1011～1017cm-2范圍；均勻性1%，而對于高濃度擴散只有

5%～10%，低濃度擴散均勻性更差（同一平面內(nèi)雜質(zhì)均勻性與電特性密切相關(guān)，因此在大規(guī)模集成電路中，離子注入這一優(yōu)點尤為重要）3．襯底無需加熱，可用光刻膠掩蔽（SiO2、Si3N4、Al也可用來掩蔽，為自對準掩蔽技術(shù)提供了更多靈活性，這是擴散無法相比的）4．通過控制注入能量和劑量，以及采用多次注入等，可得到各種形式雜質(zhì)分布。第八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日5．摻雜不受雜質(zhì)在襯底中的固溶度限制（但摻雜劑占據(jù)基質(zhì)格點而變?yōu)榧せ铍s質(zhì)是有限的），對各種元素都可摻雜，使摻雜更為靈活6．離子注入時，襯底溫度低，避免改變內(nèi)部雜質(zhì)分布7．注入具有直進性，橫向效應小，有利于提高集成度8．可實現(xiàn)化合物半導體摻雜（化合物半導體在高溫處理時組分會發(fā)生變化，采用離子注入可減弱或避免這種變化）9．往往透過薄膜（如SiO2）注入，薄膜起保護作用，防止污染等。例如，可準確調(diào)節(jié)MOS器件閾值電壓第九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日離子注入的缺點：1．入射離子對晶格有損傷（需要消除，但某些情況是無法完全消除的）2．很淺和很深的注入分布無法實現(xiàn)（溝道效應，要以一個角度注入——無定形假設(shè)）3．高劑量注入時，產(chǎn)率受限制（尤其是與同時運行200片硅片的擴散工藝相比）4．設(shè)備昂貴（一臺最新系統(tǒng)超過2百萬美金）第十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日§4.2離子注入設(shè)備進行離子注入必須考慮晶片產(chǎn)額與注入質(zhì)量設(shè)備特點：大束流離子源、大容量靶室以及自動控制、超凈室、高真空技術(shù)基本部件：離子源（氟化硼、砷烷和磷烷等）→離子加速→質(zhì)量分析器→掃描室→靶室加速可在質(zhì)量分析之前或之后，先加速可降低離子在到達圓片表面前丟失電荷的可能性，但需要一個更大的磁鐵到達硅片前有一個偏轉(zhuǎn)磁場，除去中性粒子第十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日上圖最左端的離子源產(chǎn)生所需的雜質(zhì)離子。然后被加速的離子進入到質(zhì)譜儀中，在這里過濾掉離子源產(chǎn)生的其它不需要的離子。最終形成的離子束被加速到預先設(shè)置的能量狀態(tài)，經(jīng)過聚焦之后，在晶片表面進行掃描。離子束掃描可以通過靜電方式或者機械移動晶片來完成，這兩種方法相結(jié)合也可以完成掃描。與硅片相連的電極可以提供與注入離子電中和的電子。經(jīng)過精確測量的每平方厘米內(nèi)注入離子總數(shù)稱作劑量，用符號f表示。它可以由注入電流對注入時間的積分求得。第十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日下圖為IntelFab-9的離子注入終端臺照片。從第一個圖中可以看到兩個艙門在工作臺上相連接。左邊的艙門開啟，等待在片子傳送帶上裝載片子，離子注入就在靠近右邊艙門的地方進行。第二個圖是一個放大了的片子傳送帶鏡頭和機械臂，機械臂可以自動地加載和卸載圓盤傳送帶。（圖片由Intel公司提供。）第十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日§4.3核碰撞和電子碰撞在集成電路制造中注入離子能量一般幾十到幾百keV（典型值5-500keV）。這樣的能量下，既要考慮注入離子與靶內(nèi)自由電子和束縛電子的相互作用，也要考慮與原子核的相互作用1963年，林華德(J.Lindhard)、沙夫(Scharff)、希奧特(H.E.Schiott)確立了注入離子分布理論——簡稱LSS理論LSS理論與實際結(jié)果較為符合第二十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日LSS理論認為離子在靶內(nèi)的能量損失可分為兩個彼此獨立的過程：（1）核碰撞（核阻止）（2）電子碰撞（電子阻止）總的損失能量=（1）+（2）第二十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第二十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日核碰撞：注入離子與靶內(nèi)原子核之間的相互碰撞特點：①散射角大；②可能產(chǎn)生缺陷（兩者質(zhì)量為同一數(shù)量級，每次碰撞后注入離子會有較大角度的散射，并失去一定能量；靶原子也獲得能量，如果能量大于束縛能，會離開原來晶格位置，進入晶格間隙，并留下一個空位，形成缺陷。）第二十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日電子碰撞：注入離子與靶內(nèi)自由電子以及束縛電子之間的碰撞。特點：①形成電子-空穴對；②能量損失小，運動方向基本不變。（碰撞能形成電子-空穴對；由于兩者質(zhì)量相差大（104量級），每次碰撞注入離子能量損失小，而且散射角度也小，注入離子運動方向基本不變）第二十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日為描述離子在靶內(nèi)能量損失的具體情況，引入核阻止本領(lǐng)和電子阻止本領(lǐng)一個注入離子在運動路程上任一點x處的能量為E，則可定義：核阻止本領(lǐng)：電子阻止本領(lǐng)：第二十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日單位距離離子損失能量：知道了Sn(E)和Se(E)，可對上式積分，求出注入離子在靶內(nèi)運動的總路程R第二十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日總路程

E0：注入離子起始能量

Sn(E)

+Se(E)

=F（物理意義：所受的阻力）第二十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.3.1核阻止本領(lǐng)核阻止本領(lǐng)可理解為能量為E的一個注入離子在單位密度靶內(nèi)走過單位長度時損失給靶的能量第二十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日彈性碰撞動量守恒：pi+pt=p0

pi、pt為入射球和靶球的最終動量，p0為入射球最初動量角動量守恒：Li+Lt=L0=p0b能量守恒:pi2/2mi+pt2/2mt=p02/2m0b為碰撞參數(shù)（假定不發(fā)生散射情況下兩個原子中心的最近距離）。當b=0時，正面碰撞，傳輸能量最大TM=0.5mtvt2=4mimtE0/(mi+mt)2第二十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日①自身能量函數(shù)②b越小，核阻止越大③mi/mt越接近，核阻止越大第三十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日庫侖散射考慮庫侖勢能：V(r)=q2Z1Z2/40r引入電子屏蔽函數(shù):f(r/a)a為屏蔽參數(shù)（與波爾半徑a0同數(shù)量級）a=0.88a0/(Z11/3+Z21/3)1/2r0,f(r/a)1r,f(r/a)0相互作用勢函數(shù):V(r)=q2Z1Z2/40rf(r/a)第三十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日簡單的f(r/a)形式：f(r/a)=a/r

則V(r)=aq2Z1Z2/40r2

勢函數(shù)與距離平方成反比，則入射離子與靶原子核碰撞的能量損失率為常數(shù)，用Sn0表示托馬斯－費米屏蔽函數(shù)：f(r/a)=a/{r[(a/r)2+3]1/2}

能量損失率與離子能量關(guān)系（低能時彈性碰撞，不破壞鍵；高能時傳輸能量?。┑谌摚惨话僖皇?，2022年，8月28日4.3.2電子阻止本領(lǐng)在LSS理論中，把固體中的電子看成是自由電子氣，電子的阻止就類似于粘滯氣體的阻力。電子阻止本領(lǐng)Se(E)同注入離子的速度成正比：Se(E)＝Cv＝ke(E)1/2v為注入離子速度，ke與離子和靶材料的原子序數(shù)及質(zhì)量弱相關(guān)。對于無定形硅靶，ke近似為常數(shù)。第三十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.3.3射程粗略估計LSS理論中的簡化參數(shù)（為運算方便而引入）折合距離：=(RNM1M24a2)/(M1+M2)2=0R折合能量：=40EaM2/[Z1Z2q2(M1+M2)]=0E

、為無量綱的射程和能量參數(shù)，N為單位體積內(nèi)原子數(shù)。因為：d=0dRd=0dE所以有：d/d=0/0dE/dR

第三十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日由和E可導出碰撞損失通用曲線Sn(E)=aq2Z1Z2M1/[0(M1+M2)](dE/d)n

(dE/d)的大小也表示了Sn(E)的大小Se(E)與(dE/d)的關(guān)系同于上式，即與(dE/d)成正比第三十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第三十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日常用的硅摻雜劑的核阻止和電子阻止本領(lǐng)隨注入能量的變化關(guān)系第三十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1.低能區(qū)：核阻止占主導，電子阻止可忽略2.中能區(qū)：同時考慮核阻止和電子阻止3.高能區(qū)：電子阻止占主導，核阻止可忽略（超出半導體應用范圍，為核物理范疇）

第三十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第三十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日一級近似下：核阻止本領(lǐng)與入射離子能量E無關(guān)，f(r/a)=a/r

Sn0=2.810-15Z1Z2/Z1/3M1/(M1+M2)(eV·cm2)

其中Z1/3=(Z12/3+Z22/3)1/2

（Z1,M1,Z2,M2分別為入射離子和靶原子的原子序數(shù)和質(zhì)量）

Se(E)=Cv=ke(E)1/2

ke既與入射離子種類有關(guān)，也與靶材料有關(guān)對于非晶靶，ke～0.210-15(eV)1/2·cm2

第四十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日討論：①Se=Sn0的閾值能量Ec

對于硅靶，令Se=Sn0

有Ec1/2=Sn0/ke=1414Z1/[(14)2/3+(Z1)2/3]1/2M1/(M1+28)

（使用了無定形硅的(ke)Si，Z2＝14，M2＝28）注意：Ec的單位為eV當硼為入射離子(Z1=5,M1=11)：Ec～10keV當磷為入射離子(Z1=15,M1=31)：Ec～200keV第四十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日②當入射能量E0<<Ec，核阻止為主要

-dE/dxNSn0

NSi=51022/cm3R=(0.7?)Z1/3/Z1Z2(M1+M2)/M1E0（eV）（對于重離子，當E0<<Ec時，符合很好，如Ge、As誤差小于10%，但輕離子B、C、N比實際高出一倍）

第四十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日③E0>>Ec，電子阻止占主導

R20(E0)1/2

?④注入損傷發(fā)生在Sn>>Se的范圍低能注入：損傷可在整個彈道上發(fā)生高能注入：損傷發(fā)生在彈道之末第四十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日§4.4注入離子在無定形靶中的分布集成電路中采用離子注入主要是摻雜，因此對離子在靶內(nèi)分布情況十分關(guān)心。進入靶的離子不斷通過碰撞損失能量，最后停止在某一位置，但碰撞是隨機的。大量入射離子按一定的統(tǒng)計規(guī)律分布。注入離子在靶內(nèi)的分布與注入方向有一定的關(guān)系。一般來說，離子束注入方向與靶表面垂直方向的夾角比較小，因此假設(shè)離子束注入方向垂直于靶表面。第四十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日50keV的B注入硅中的蒙特卡羅模擬第四十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第四十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第四十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第四十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.4.1縱向分布根據(jù)LSS理論，一級近似下，注入離子濃度分布為（高斯分布，同有限表面源分布一樣）：

N(x)=Nmaxexp[-(x-Rp)2/2Rp2]N(x)為x位置的注入離子濃度

Nmax為峰值濃度

Rp為平均投影射程（垂直入射下，即射程的平均值）Rp為標準偏差，Rp=[(xp-Rp)2]1/2，表示xp的分散情況

一般地：R/Rp=1+bM2/M1

b是R和E的緩變函數(shù)。知道R后可通過上式求出Rp第四十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第五十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第五十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第五十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第五十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日分布特點：①

x=Rp時，N(x)出現(xiàn)最大值單位面積注入離子總數(shù)所以即Nmax與注入劑量D成正比。第五十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第五十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日注入離子分布可寫成：

第五十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第五十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日②

平均投影射程兩邊注入離子濃度對稱下降，離開Rp越遠,下降越快。在x=Rp2Rp處，N/Nmax＝1/10在x=Rp3Rp處，N/Nmax＝1/100Rp與Rp的關(guān)系：

Rp

2/3(M1M2)1/2/(M1+M2)

Rp

第五十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日③

結(jié)深的計算對濃度分布求解令xj-Rp=KRpN襯底濃度＝Nmaxexp(-K2/2)K2=-2ln(N襯底濃度/Nmax)

所以：

xj=RpKRp=Rp[2ln(Nmax/N襯底濃度)]1/2Rp

第五十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日結(jié)深Xj的計算第六十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第六十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第六十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第六十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日④LSS理論假定：凡理論上落在靶外的離子，都假定積聚在靶的表面。因此實際靶表面濃度超過高斯分布所預料的表面濃度與實際的偏差：對于輕離子注入到重靶中的情況，離子質(zhì)量比靶原子輕，易受大角度散射，那么分布在峰值位置與表面一側(cè)的離子數(shù)量大于峰值位置的另一側(cè)重離子注入相反兩個相聯(lián)的半高斯分布泊松分布（更精確）第六十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第六十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.4.2橫向效應橫向效應是指注入離子在垂直于入射方向的平面內(nèi)的分布情況，橫向效應直接影響MOS器件的有效溝道長度。第六十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日1972年日本的古川等人在LSS理論基礎(chǔ)上考慮離子的三維分布，提出注入離子的空間分布函數(shù)如下：（考慮一個半徑很小的束流）

Y、Z為y方向和z方向的標準偏差

對于非晶靶，各向同性：Y＝Z＝RtRt為橫向離散第六十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日橫向離散不但與注入離子種類有關(guān)，也與入射離子能量有關(guān)。由LSS理論計算的B、P、As、Sb的Rt如上圖第六十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第六十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第七十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第七十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日通過窄窗口注入，在y軸的分布當a>>Rt時，N(x,a)～N(x)在窗口附近為余誤差分布（半無窮大源的結(jié)果）第七十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日輕離子橫向效應大于重離子，但都比擴散小擴散：比值0.75～0.85注入：B為0.5所以短溝道MOS必須采用離子注入技術(shù)第七十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.4.3離子注入中的溝道效應第七十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第七十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第七十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.4.4多電荷離子注入和分子注入第七十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第七十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第七十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第八十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第八十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.4.5掩蔽造成的劑量損失第八十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第八十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日§4.5注入損傷注入過程中，靶內(nèi)原子獲得能量，如果大于產(chǎn)生一個空位的能量，就會打出靶原子，形成間隙-空位缺陷對，被打出的靶原子如果有足夠的能量，在運動中與其它靶原子碰撞時也可能使被碰原子脫離晶格位置，因此會在離子運動的路徑上產(chǎn)生大量缺陷，使晶格受損傷。

第八十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.5.1級聯(lián)碰撞能量淀積——注入離子通過碰撞把能量傳遞給靶原子（原子核及電子）碰撞形式：彈性碰撞（總機械能守恒）非彈性碰撞（轉(zhuǎn)化為其它形式能量）兩種碰撞形式同時存在，高能時非彈性占優(yōu)，低能時彈性占優(yōu)移位原子：因碰撞而離開晶格位置的原子稱為移位原子，移位原子又稱為反沖原子移位閾能Ed：使晶格位置的原子發(fā)生移位所需的最小能量第八十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日三種情形：（1）T<Ed，無移位原子產(chǎn)生（原子只在晶格位置振動，將振動傳給周圍原子→宏觀熱）（2）Ed<T<2Ed，產(chǎn)生一個移位原子（3）T>2Ed，產(chǎn)生多個移位原子——級聯(lián)碰撞Si靶:

Ed~14eV-15eV（比四個Si-Si健大）（對于完整性不足的晶格要小于這一值）第八十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日級聯(lián)碰撞的結(jié)果會使大量靶內(nèi)原子發(fā)生位移，產(chǎn)生大量空位和間隙原子，形成損傷。級聯(lián)密度不大時，只產(chǎn)生孤立的、分開的點缺陷；如果密度高，缺陷會重疊，加重了損傷程度，甚至使注入的區(qū)域形成非晶區(qū)。損傷種類包括：（1）產(chǎn)生孤立的點缺陷或缺陷群（注入離子每次傳遞的能量～Ed）（2）形成局部非晶態(tài)區(qū)域（移位原子數(shù)目接近半導體原子密度時為非晶態(tài)區(qū)域；這種情況與低劑量的重離子注入有關(guān)）（3）損傷的積累形成非晶態(tài)層（即隨劑量的增加，局部非晶態(tài)區(qū)域相互重疊形成非晶態(tài)層）第一、二類為簡單晶格損傷，第三類為非晶層形成（大量移位原子存在，未退火時注入?yún)^(qū)域呈高電阻）第八十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日無論哪一種晶格損傷，移位原子的數(shù)量通常大于注入離子的數(shù)量第八十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.5.2簡單晶格損傷輕離子注入：特點：注入離子運動方向變化大，損傷密度小，不重疊，區(qū)域大，形如“鋸齒形”。重離子注入：特點：散射角小，傳遞能量大，損傷區(qū)域小，損傷密度大，呈“旋轉(zhuǎn)橢球形”什么是臨界劑量？超過此劑量不存在晶體的長程有序，且襯底表面呈現(xiàn)無定形態(tài)第八十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第九十頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.5.3非晶的形成（1）與入射離子劑量的關(guān)系（2）與靶溫的關(guān)系；溫度升高，損傷下降（自退火過程，與周圍的空位復合；低溫下臨界劑量恒定）（3）與劑量率的關(guān)系；劑量率增加，自退火效應下降，臨界劑量下降。（劑量率：單位時間通過單位面積的注入離子數(shù)）（4）與入射離子能量的關(guān)系：N(E)E0

（5）與晶向的關(guān)系：隨機入射臨界劑量小（溝道效應）第九十一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第九十二頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第九十三頁，共一百一十頁，2022年，8月28日§4.6熱退火（即在一定溫度下進行熱處理）注入離子造成晶格損傷，對材料的電學性質(zhì)將產(chǎn)生重要影響散射中心增加→載流子遷移率下降缺陷中心增加→非平衡少子壽命下降（導致pn結(jié)漏電增加）注入會產(chǎn)生很多間隙雜質(zhì)，與擴散不同；需要處于晶格位置才可起施主或受主作用，必須在注入后進行退火處理熱退火作用：①消除損傷②激活雜質(zhì)第九十四頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第九十五頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.6.1硅材料的熱退火特性低劑量損傷的消除

Sb+1013/cm2300攝氏度退火可消除非晶區(qū)的恢復：復雜損傷分解→點缺陷、簡單缺陷（空位，間隙原子，遷移速度快）

高溫下復合（使缺陷消失）非晶層的恢復：通過固相外延（SPE）完成（以未損傷的下面襯底作為樣板進行晶體恢復）

600℃下<100>硅再生長速率大于300?/min

（600℃，30分鐘可生長1微米，比任何注入的非晶化深度要大多了）第九十六頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第九十七頁，共一百一十頁，2022年，8月28日第九十八頁，共一百一十頁，2022年，8月28日載流子激活溫度低于壽命、遷移率恢復溫度雜質(zhì)Ea＝3.5eV（空間形變）硅Ea＝5.5eV硅原子進入晶格位置慢（激活即雜質(zhì)原子進入晶格位置后，還存在的硅間隙原子可能會影響遷移率和壽命）第九十九頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.6.2硼的退火特性150keV，注B，退火時間30min（改變退火溫度）I區(qū)：500度以下，點缺陷減少，自由載流子濃度增加。（B激活，缺陷中心減少）II區(qū)：500度至600度，生成大尺寸二次缺陷，出現(xiàn)大量間隙B，自由載流子濃度下降——逆退火特性：T↑，電激活下降。（B間隙多，缺陷中心增加）III區(qū)：替位B增加，自由載流子濃度增加（高于5eV激活能溫度，產(chǎn)生Si空位）第一百頁，共一百一十頁，2022年，8月28日對于低劑量的B注入，不發(fā)生逆退火效應第一百零一頁，共一百一十頁，2022年，8月28日4.6.3磷的