离子注入原理下晶格损伤学习教案

1、会计学1离子注入原理离子注入原理(yunl)下晶格损伤下晶格损伤第一页，共37页。2/37大纲(dgng) 第一章 前言第二章 晶体生长第三章 实验室净化及硅片清洗第四章 光刻第五章 热氧化第六章 热扩散第七章 离子注入第八章 薄膜淀积第九章 刻蚀第十章 后端工艺与集成第十一章 未来趋势(qsh)与挑战第1页/共37页第二页，共37页。3/37上节课主要(zhyo)内容LSS理论(lln)？阻止能力的含义？离子注入的杂质(zzh)分布？退火后？离子注入的主要特点？掩蔽膜的厚度？精确控制掺杂，浅结、浅掺杂，纯度高，低温，多种掩模，非晶靶。能量损失为两个彼此独立的过程(1) 核阻止与(2) 电子阻

2、止之和。能量为E的入射粒子在密度为N的靶内走过x距离后损失的能量。掩膜层能完全阻挡离子的条件：BmCxC* 221exppppRRxCxCpPRQC4 . 0第2页/共37页第三页，共37页。4/37核阻止和电子阻止相等的能量第3页/共37页第四页，共37页。5/37第4页/共37页第五页，共37页。6/37110111100倾斜旋转硅片后的无序(w x)方向第5页/共37页第六页，共37页。7/37产生(chnshng)非晶化的剂量沿的沟道效应第6页/共37页第七页，共37页。8/37表面非晶层对于(duy)沟道效应的作用Boron implantinto SiO2Boron implant

3、into Si第7页/共37页第八页，共37页。9/37B质量比As轻，当以约7 角度(jiod)进行离子注入硅衬底时， B的尾区更大。因为：沟道效应：当离子沿晶轴方向注入时，大部分离子将沿沟道运动，几乎不会(b hu)受到原子核的散射，方向基本不变，可以走得很远（很深）。倾斜角度(jiod)注入表层非晶化：预非晶化，大剂量注入，非晶SiO2膜1）B碰撞后传递给硅的能量小，难以形成非晶层2）B的散射大，容易进入沟道。非晶第8页/共37页第九页，共37页。10/37第9页/共37页第十页，共37页。11/37表面处晶格损伤较小射程终点（EOR）处晶格损伤大第10页/共37页第十一页，共37页。1

4、2/37EOR damageCourtesy Ann-Chatrin Lindberg (March 2002).第11页/共37页第十二页，共37页。13/37晶格损伤：高能离子注入硅片后与靶原子发生一系列碰撞，可能使靶原子发生位移，被位移原子还可能把能量依次传给其它原子，结果产生(chnshng)一系列的空位间隙原子对及其它类型晶格无序的分布。这种因为离子注入所引起的简单或复杂的缺陷统称为晶格损伤。什么(shn me)是注入损伤(Si)SiSiI + SiV第12页/共37页第十三页，共37页。14/37第13页/共37页第十四页，共37页。15/37质量较靶原子轻的离子传给靶原子能量较小

5、，被散射角度较大，只能产生数量较少的位移靶原子，因此，注入离子运动方向(fngxing)的变化大，产生的损伤密度小，不重叠，但区域较大。呈锯齿状。第14页/共37页第十五页，共37页。16/37第15页/共37页第十六页，共37页。17/37第16页/共37页第十七页，共37页。18/37第17页/共37页第十八页，共37页。19/37第18页/共37页第十九页，共37页。20/37第19页/共37页第二十页，共37页。21/37第20页/共37页第二十一页，共37页。22/37Annihilation: recombinationSiI + SiV (Si)SiMonte Carlo模拟的

6、I-V 复合结果：短时间内（10-2秒）800 C 下，体内的 V 在表面复合迅速完成(wn chng)，产生剩余的 I ，其表面复合相对较缓慢。在400 C以上，这些 I 可接合入311面形成棒/带状缺陷，并可以稳定较长时间。Frenkel I-V pairs第21页/共37页第二十二页，共37页。23/37该311缺陷带在较高温度下（8001000 C）即可退火修复，但是释放出大量填隙原子I。损伤小于临界值，这些311缺陷可以完全(wnqun)分解，回复完美晶体。损伤高于临界值，则311缺陷可能变成稳定的位错环，该位错环位于EOR，并难以去除。TED漏电流大第22页/共37页第二十三页，共

7、37页。24/37a) 常规热退火 b) 一定温度下，通常(tngchng)在Ar、N2或真空条件下c) 退火温度取决于注入剂量及非晶层的消除。d) 修复晶格：退火温度600 oC以上，时间最长可达数小时e) 杂质激活：退火温度650900 oC，时间1030分钟f) g) * 方法简单h) * 不能全部消除缺陷i) * 对高剂量注入激活率不够高j) * 杂质再分布第23页/共37页第二十四页，共37页。25/37第24页/共37页第二十五页，共37页。26/37。高功率激光束辐照(f zho)。电子束 。高强度的光照 。其它辐射 RTP主要优点是掺杂的再分布大大降低，对制备浅结器件特别有利b

8、）快速(kui s)热退火， Rapid Thermal Processing（RTP）第25页/共37页第二十六页，共37页。27/37第26页/共37页第二十七页，共37页。28/37第27页/共37页第二十八页，共37页。29/37第28页/共37页第二十九页，共37页。30/37第29页/共37页第三十页，共37页。31/37离子注入在集成电路(jchng-dinl)中的应用一、CMOS制造9-10 different I/Iidentified !第30页/共37页第三十一页，共37页。32/37二、双极型制造(zhzo)（Bipolar fabrication）。高能注入形成埋层。

9、LOCOS下方的p-n结隔离。形成基区注入。砷注入多晶硅发射区 。多晶电阻第31页/共37页第三十二页，共37页。33/37三、其它应用硅衬底背面损伤(snshng)形成吸杂区 Backside Damage Layer Formation for Gettering形成SOI结构 Silicon-On-Insulator Using Oxygen or Hydrogen Implantation第32页/共37页第三十三页，共37页。34/37第33页/共37页第三十四页，共37页。35/37第34页/共37页第三十五页，共37页。36/37本节课主要(zhyo)内容什么(shn me)是离子注入损伤？退火的目的是什么(shn me)？什么(shn me)是RTP？产生大量空位间隙(jin x)对，直至非晶化。恢复晶格，激活杂质，恢复载流子迁移率和少子寿命。快速热退火，热扩散小，制作浅结。第35页/共37页第三十六页，共37页。37/37离子注入小结：(1) 注入离子在靶内的纵向浓度(nngd)分布可近似取高斯函数形式