第八章：離子注入

第八章：離子注入

摻雜技術之二8.1引言離子注入的概念：離子注入是在高真空的復雜系統(tǒng)中，產(chǎn)生電離雜質(zhì)并形成高能量的離子束，入射到硅片靶中進行摻雜的過程。束流、束斑高能離子轟擊（氬離子為例） 1.離子反射（能量很小） 2.離子吸附（<10eV） 3.濺射（0.5keV~5keV） 4.離子注入（>10keV）

離子注入是繼擴散之后的第二種摻雜技術，是現(xiàn)代先進的集成電路制造工藝中非常重要的技術。有些特殊的摻雜（如小劑量淺結(jié)摻雜、深濃度峰分布摻雜等）擴散是無法實現(xiàn)的，而離子注入?yún)s能勝任。離子注入系統(tǒng)

離子注入的優(yōu)點：

1.精確地控制摻雜濃度和摻雜深度

離子注入層的深度依賴于離子能量、雜質(zhì)濃度依賴于離子劑量，可以獨立地調(diào)整能量和劑量，精確地控制摻雜層的深度和濃度，工藝自由度大。

2.可以獲得任意的雜質(zhì)濃度分布

由于離子注入的濃度峰在體內(nèi)，所以基于第1點采用多次疊加注入，可以獲得任意形狀的雜質(zhì)分布，增大了設計的靈活性。

離子注入的優(yōu)點：

3.雜質(zhì)濃度均勻性、重復性好

用掃描的方法控制雜質(zhì)濃度均勻性。4.摻雜溫度低

注入可在125℃以下的溫度進行，允許使用不同的注入阻擋層（如光刻膠）增加了工藝的靈活性。

離子注入的優(yōu)點：

5.沾污少

質(zhì)量分離技術產(chǎn)生沒有沾污的純離子束，減少了由于雜質(zhì)源純度低帶來的沾污，另外低溫工藝也減少了摻雜沾污。

6.橫向擴散小

離子注入具有高度的方向性，雖然散射會引起一定橫向雜質(zhì)分布，但橫向尺度遠小于擴散。離子注入的缺點：

1.高能雜質(zhì)離子轟擊硅原子將產(chǎn)生晶格損傷

使用二氧化硅注入緩沖層

高溫退火修復損傷

2.注入設備復雜昂貴8.瞇2離子贊注入園參數(shù)注入材劑量φ注入詞劑量φ是樣療品表鳥面單殃位面淋積注解入的腹離子姨總數(shù)沈。單投位：百離子灣每平祥方厘止米其中I為束流，單哄位是繁安培t為注縮慧入時伐間，緞單位爬是秒q為電之子電誼荷，祥等于1.黑6×固10－19庫侖n為每踏個離侄子的奴電荷茫數(shù)A為注呢入面懼積，蠅單位蠢為cm2—束斑注入球能量離子滑注入窄的能渣量用堆電子紛電荷半與電柳勢差哀的乘架積來繳表示秧。單哭位：此千電推子伏皆特KE蠅V帶有蕉一個環(huán)正電斧荷的輪離子法在電座勢差番為10攀0K緞V的電何場運糞動，粘它的薄能量腫為10哀0K胡EV射程獎、投慌影射優(yōu)程具有盞一定監(jiān)能量箱的離奸子入俊射靶森中，忘與靶仙原子怪和電末子發(fā)伯生一士系列恐碰撞城（即狐受到障了核武阻止暢和電性子阻膠止）留進行部能量脊的交塞換，耳最后戲損失步了全籌部能霉量停敬止在另相應金的位浩置，誦離子脾由進寇入到汁停止愚所走舟過的再總距更離，情稱為射程用R表示棕。這園一距埋離在弓入射豎方向值上的廳投影閘稱為投影嬸射程Rp。投影樓射程問也是設停止晨點與仙靶表窗面的捆垂直擋距離尚。投影推射程謹示意臉圖第i個離夢子在犧靶中送的射膚程Ri和投井影射摔程Rp鬧i平均蔥投影抬射程離子恭束中結(jié)的各喘個離糊子雖才然能胡量相列等但燒每個堵離子洽與靶紀原子忍和電烤子的肺碰撞根次數(shù)填和能易量損貞失都菊是隨參機的招，使伴得能迷量完屑全相終同的芹同種枝離子小在靶神中的睛投影縱射程桐也不柄等，嗎存在燈一個艘統(tǒng)計袖分布幼。離子憂的平燙均投廁影射邪程RP為其中N為入米射離閃子總么數(shù)，RPi為第i個離象子的輛投影攤射程離子蓄投影掩射程筐的平捎均標呼準偏濱差△RP為其中N為入崖射離厘子總薯數(shù)Rp為平卵均投美影射枕程Rp嶄i為第i個離峽子的計投影頁射程離子呀注入挖濃度習分布LS異S理論瘋描述介了注酷入離引子在崖無定械形靶己中的諒濃度喬分布略為高肆斯分疫布其紡方程碼為其中φ為注擁入劑睬量χ為離魔樣品棋表面腸的深紹度Rp為平享均投心影射弊程△Rp為投紡影射螺程的磚平均徐標準宴偏差離子討注入寺的濃挺度分膝布曲掠線離子址注入約濃度托分布哪的最縮慧大濃數(shù)度Nm零ax從上尼式可用知，注入席離子貸的劑古量φ越大及，濃振度峰崗值越咬高從濃擠度分錯布圖偵看出醋，最大丟濃度寫位置蟻在樣針品內(nèi)鳥的平室均投影射狠程處離子匹注入踏結(jié)深Xj其中NB為襯趕底濃岔度RP和△RP的計喇算很尺復雜建，有餓表可艦以查眼用

入射能量（KEV）注入的離子20406080100120140160180BRP66213021903246529943496397444324872RP283443556641710766813854890PRP25348673089112381497175720192279RP119212298380456528595659719AsRP1592693744785826867918981005RP5999136172207241275308341（一駁）各徒種離礦子在Si中的Rp和△Rp值(?尾)（二堅）各崖種離板子在光刻花膠中的Rp和△Rp值(?)

入射能量（KEV）注入的離子20406080100120140160180BRP22674587673687211056912305139471551117007RP475763955109512021288135914201472PRP86616542474332041825053592768037675RP19835349963676588699911041203AsRP67311291553196623752783319236024015RP126207286349415480543606667（三細）各細種離蔽子在Si帶O2中的Rp和△Rp值(?)

入射能量（KEV）注入的離子20406080100120140160180BRP62212831921252831403653417946855172RP252418540634710774827874914PRP19938858679210021215142916441859RP84152216276333387437485529AsRP127217303388473559646734823RP437299125151176201226251（四懇）各豈種離置子在Si瞎3N巴4中的Rp和△Rp值(?)

入射能量（KEV）注入的離子20406080100120140160180BRP4809901482195023962820322636173994RP196326422496555605647684716PRP154300453612774939110512711437RP65118168215259301340377411AsRP99169235301367433500586637RP33567797118137157176195例題耕：1.已知袍某臺劍離子跡注入助機的廟束斑困為2.應0c同m2、束美流為2.枝0m拔A、注項入時埋間為16色ms，試塘計算能硼離姨子（B+）注拿入劑逮量。手（注弓：電背子電輔荷q仰=鄰1.癥6×升10－19庫侖咱）2.在N型〈1陣11除〉襯底友硅片齡上，喜進行惹硼離箱子注庭入，終形成P-即N結(jié)二鞏極管保。已擱知襯云底摻緒雜濃美度為1×研1015cm-3，注受入能僵量：60脾KE臺V，注較入劑川量：5.舅0E畫14，試爆計算擠硼離查子注霸入分竊布的聞最大峰摻雜瓦濃度Nma各x和注自入結(jié)著深。1.已知顯某臺摸離子掉注入泥機的銅束斑害為2.懲0c欠m2、束熄流為2.贊0m究A、注模入時杜間為16傾ms，試詢計算萬硼離詠子（B+）注遲入劑捐量。儉（注稼：電能子電多荷q喉=仗1.魂6×磨10－19庫侖誰）2.在N型〈1既11驕〉襯底童硅片狡上，仰進行纏硼離津子注債入，獄形成P-蜂N結(jié)二尼極管洪。已籍知襯婦底摻伐雜濃廉度為1×腰1015cm-3，注裙入能承量：60誘KE浮V，注膽入劑寇量：5.槐0E拉14，試丑計算王硼離顫子注櫻入分織布的泉最大姨摻雜那濃度Nma凍x和注辟入結(jié)竄深。8.搭3離子泉注入挑效應1.溝道珍效應2.注入精損傷3.離子殺注入武退火溝道種效應當注史入離港子未密與硅元原子鋤碰撞烤減速棉，而雹是穿信透了吐晶格株間隙優(yōu)時（槽見下尾圖）左就發(fā)拆生了本溝道嚇效應壟。沿<1適10鐮>晶向弓的硅低晶格殼視圖控制接溝道燦效應亞的方巖法1.傾斜等硅片：保復證很躬短距礦離發(fā)催生碰滿撞常用討方法著，一牽般MO季S工藝衰傾斜7o陰影暈效應衰、橫伍向摻延雜、托超淺場結(jié)注破入不嫌起作灣用2.緩沖側(cè)氧化賽層：離濤子通服過氧臭化層昂后，衛(wèi)方向應隨機運?？赏軙r減厘小離且子注擋入損叢傷產(chǎn)生洋不需擠要的抬氧注肚入有效幟性與吉厚度獲、注觀入能醉量、粗方向欄、雜舟質(zhì)種址類相徐關控制佛溝道名效應坡的方淡法3.硅預孝非晶矩化：高季能Si注入節(jié)提前沫破壞亞晶格頌結(jié)構低能拳量（1K傭EV）淺四注入概應用休非常淋有效4.使用論質(zhì)量季較大隨的原窗子：形金成非便晶層注入潑損傷高能棟雜質(zhì)摧離子沿轟擊探硅原壞子將暈產(chǎn)生斗晶格府損傷（a）輕尋離子捏損傷鼻情況沖（b）重懂離子菠損傷牧情況離子車注入儲退火工藝寒目的慰：消除廁晶格爪損傷形，并囑且使版注入飄的雜病質(zhì)轉(zhuǎn)間入替框位位嚼置從普而實蜘現(xiàn)電羞激活提。1.高溫吃爐退驢火通常護的退禽火溫堆度：墳＞95災0℃，時吼間：30分鐘融左右缺點尼：高溫倘會導艇致雜繭質(zhì)的腿再分銜布。2棋.快速墊熱退喊火采用RT霉P，在牛較短陜的時階間（10－3～10－2秒）袍內(nèi)完聰成退謙火。優(yōu)點在：雜質(zhì)占濃度躺分布炎基本廳不發(fā)雁生變葛化4.塵4離子央注入袖的應盞用在先腥進的CM屠OS工藝籮中，堡離子黃注入腎的應沿用：1.深埋瀉層注很入2.倒摻監(jiān)雜阱訪注入3.穿通制阻擋海層注韻入4.閾值曉電壓言調(diào)整電注入5.輕摻嗚雜漏歲區(qū)（LD盟D）注璃入6.源漏雪注入7.多晶倦硅柵榜摻雜爐注入8.溝槽蠅電容伴器注涼入9.超淺冷結(jié)注垂入10秘.絕緣存體上繩的硅抹（SO勤I）中孟的氧引注入閂鎖編效應其（La笨tc球h-扒Up）深埋祝層注驢入高能孝（大賣于20饅0K謙EV）離凡子注罷入，宿深埋寬層的爐作用笛：減顆小襯碎底橫杏向寄績生電仔阻，月控制CM柄OS的閂輔鎖效怠應倒摻稱雜阱允注入高能圖量離期子注壺入使老阱中勉較深掩處雜撒質(zhì)濃判度較睬大，桿倒摻雀雜阱矩改進CM筍OS器件絹的抗放閂鎖滾和穿匪通能撒力。穿通胃阻擋舍層注主入作用月：防止素亞微啞米及巡壽以下子的短肚溝道玻器件冤源漏繼穿通生，保井證源窄漏耐沾壓。閾值其電壓策調(diào)整爹注入NM豎OS閾值糕電壓體公式音：QBm＝q·捕NB·Xdm，QBm為表劉面耗怖盡層惡單位蹲面積龍上的花電荷摸密度輕摻繞雜漏陜（LD凱D：Lig鹽ht歪lyDop專edDra牽in）注趣入作用期：減小畜最大換電場齒，增有強抗山擊穿劫和熱紡載流燈子能滾力。源漏湯注入多晶示硅柵接摻雜扎注入溝槽降電容伯器注皺入LP魔CV蔬D多晶脅硅具嘗有非椒常好姑的臺趣階覆沾蓋共慢形性超淺櫻結(jié)注呀入：槳大束伯流低愧能注窩入作用逝：抑制雷短溝漂道效屢應絕緣淹體上暮的硅找（SO陽I）中鑼的氫固、氧喝注入SO烘I：IB悠M（20笛01）、AM矮D（13說0n寒m以下亞）SO露I結(jié)構SE課M照片Sm隔ar壯t謠Cu馬tSiSiHOx妖id母at宏io赤nHy害dr增og巡壽en吐I濟mp朵la口nt淹at夠io綿nSu濁bs鼻tr距at慘eFl棟ip旦a錘nd魚B托on泄di遼ngSi穿O2Si養(yǎng)O2Si屢O2SiSu丟bs舒tr棋at訊eCu預t五an似d造CM木PSi蛾O2SiSI圣MO咱X鍺注頌入形倆成鍺秒硅源飾漏區(qū)SiOOx西yg座en輕I煉mp蕉la片nt具at輝io笑nSiHi稿gh揭T勻em乏pe刮ra脆tu習re無A土nn徐ea頂li愿ngSi遮O28.爸5離子功注入磨設備離子膏注入承機主筑要由黃以下5個部劉分組煙成1.離子所源2.引出妨電極京（吸纏極）盞和離能子分淡析器3.加速香管4.掃描址系統(tǒng)5.工藝技室離子桑注入控系統(tǒng)1.離子譯源離子學源用意于產(chǎn)鉗生大量樸的注得入正淡離子的勤部件刪，常阿用的雜嶼質(zhì)源宗氣體菠有BF3、As園H3和PH3等。電子前轟擊要氣體鞭原子產(chǎn)漂生離擋子。離子屈源2.引出北電極嗎（吸混極）逢和離級子分構析器吸極割用于紀把離敲子從保離子脾源室違中引蠻出。質(zhì)量駁分析景器磁膜鐵分析銳器磁綁鐵形栽成90悼°角，帖其磁息場使爽離子廉的軌職跡偏箏轉(zhuǎn)成患弧形劍。不笛同的仍離子鹿具有踩不同凝的質(zhì)醉量與壇電荷沾（如BF摘3→B＋、BF詞2＋等）終，因元而在麥離子短分析駕器磁關場中岔偏轉(zhuǎn)緩的角脖度不悄同，位由此嘗可分頭離出賊所需避的雜炊質(zhì)離嚼子。通過病調(diào)節(jié)鑼磁場糧大小胖選擇扔特定婦的離習子3.加速介管加速賭管用件來加黨速正斑離子魔以獲蒙得更濱高的蠢速度輕（即就動能旋）。加速直管離子爐注入掏能量柏與劑稍量高能折注入線性獵加速幅器：巨一組貿(mào)電極攔，只墳有離妹子處巷于兩棄電極鏈之間濤時兩侍電極筐加電降壓，趕從而眼只需主幾十kV的電勝壓源兔產(chǎn)生躬可達Me轉(zhuǎn)V的注雀入能故量。低能采注入帶相緞同電蔽荷的地離子脖在行緊進過礦程中齒互相訴排斥墾，低沫能注傷入行拜進時逮間長職，離珍子束忠直徑壞增大衫明顯宗。增大至束斑倡、減致小束原流、億減小舞離子爐束運男動距噴離（肌甚至示不用士加速乞管）纏、束晶流減鑼速、盆空間耐電荷鋤中和饑。中性厲束流萌陷阱作用掌：在掃徑描注首入之乏前再耀進行隙一次宣提純控，防油止在攔行進班過程椅中被晉電子遼中和雪的注歌入離總子進百入掃廊描注渾入系旬統(tǒng)，首這些房誠中性輸粒子善將不萬被掃蓬描系積統(tǒng)偏爛轉(zhuǎn)直押接注種入到準硅片苦上影齊響均莖勻性深。方法截：施花加偏輸轉(zhuǎn)電擴場使渡離子規(guī)束方棍向偏迫轉(zhuǎn)4.掃描頑系統(tǒng)用于悠使離幟子束脖沿x、y方向品在一餓定面葡積內(nèi)姓進行漸掃描飼。束斑中束掘流的搞束斑迎：1c吵m2大束惑流的抓束斑蔽：3c擋m2掃描律方式固定后硅片曠、移絲式動束洞斑（勝中、夾小束冠流）固定閃束斑鋸、移逐動硅異片（沒大束值流）掃描北種類吸：靜電癢掃描敞、機伙械掃撒描、衛(wèi)混合烘掃描摔、平察行掃每描靜電末掃描研系統(tǒng)靜電遭掃描挪系統(tǒng)5.工藝嘩腔工藝據(jù)腔包括麥掃描劈燕系統(tǒng)喉、具伶有真喂空鎖飯的裝彼卸硅同片的繞終端肝臺、盆硅片竹傳輸區(qū)系統(tǒng)伶和計芝算機蜻控制紹系統(tǒng)珠。硅片梯冷卻防止狗離子應注入分使硅嗎片溫胃度升湯高導盟致光批刻膠愧變性狠。一般除需采菠用特繳殊高大溫光助刻膠淘作為貨離子循注入彼掩蔽虹層。離子獨注入加后光高刻膠曠只能騾用干跟法去昌除。硅片紙充電防止捕硅片保表面胃正電濤荷積鉤累與離蹦子銑繞中離毯子中床和類膛似電子刻噴淋天、等須離子革體噴染淋