第4章IC工艺之离子注入
Annealing of Silicon Crystal
•Ion Beam
•Repaired Si lattice structure and activated dopant-silicon bonds
•a) Damaged Si lattice during implant
– 离子注入技术的优缺点 – 剂量和射程在注入工艺中的重要性 – 离子注入系统的主要子系统 –
第4章IC工艺之离子注入
CMOS Structure with Doped Regions
•p-channel Transistor
•N
•O
•M
•K
•p+
•L •LI oxide
•n-channel Transistor
– 能量损失： 散射路径R，靶材料密度，阻止本领S
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– 能量损失
第4章IC工艺之离子注入
– 注入离子的分布N（x）（无电子散射） 注入剂量0（atom/cm-2），射程：Rp 标准偏差Rp
•Sampling slit in disk
•Scanning disk with wafers
•Dopant ions •Beam scan
•Low energy •Low dose •Fast scan speed
•Ion implanter
•High energy •High dose •Slow scan speed
•Beam scan
•Mask •xj
•Mask
•Silicon substrate
•Suppressor aperture
•Faraday cup
•Ion beam
•Current integrator
•Scanning direction
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– 对于无定型材料， – 有：
为高斯分布
– 97页 图4.8
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– 平均射程
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•I
•J
•n+
•n+ •STI
•p– •p+
•p– •p+
•STI
•n •n+ •n++
•F
•n-well
•E
•C
•n– •n+
•n– •n+
•STI
•p+
•p
• •p++
•B •p– epitaxial layer
•A •p+ silicon substrate
第4章IC工艺之离子注入
第4章IC工艺之离子注入
第4章IC工艺之离子注入
•Page 107
第4章IC工艺之离子注入
第4章IC工艺之离子注入
– 多能量、多剂量注入
第4章IC工艺之离子注入
– 4.1.2. 设备
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Analyzing Magnet
•Ion source •Extractio n assembly
•沟道峰
第4章IC工艺之离子注入
– 沟道效应的消除(临界角）
第4章IC工艺之离子注入
– 4. 2. 2.卢瑟福背散射RBS-C 作用？。。。
第4章IC工艺之离子注入
– 4.3. 注入离子的激活与辐照损伤的消除
P.103~112 1）注入离子未处于替位位置 2）晶格原子被撞离格点
Ea为原子的位移阈能 •大剂量——非晶化 •临界剂量（P。111） •与什么因素有关？ •如何则量？
第4章IC工艺之离子注入
2020/11/26
第4章IC工艺之离子注入
问题的提出： – 短沟道的形成？ – GaAs等化合物半导体？（低温掺杂） – 低表面浓度？ – 浅结？ – 纵向均匀分布或可控分布？ – 大面积均匀掺杂？ – 高纯或多离子掺杂？
第4章IC工艺之离子注入
要求掌握： – 基本工艺流程（原理和工艺控制参数） – 选择性掺杂的掩蔽膜（Mask） – 质量控制和检测 – 后退火工艺的目的与方法 – 沟道效应 – 在器件工艺中的各种主要应用
•Analyzing magnet
•Ion beam
•Lighter ions
•Neutrals
•Heavy ions
•Graphite
•Figure 17.14
•
第4章IC工艺之离子注入
第4章IC工艺之离子注入
4.2. 沟道效应和卢瑟福背散射 6. 2. 1.沟道效应（page 101）
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• a) Low dopant concentration (n–, p–) and shallow junction (xj)
•Mask •xj
•Mask
•Silicon substrate
• b) High dopant concentration (n+, p+)第an4d章dICe工ep艺j之un离c子tio注n入(xj)
•Photo
•Etch
•Photoresist mask •Implant
•Hard mask (oxide or nitride)
第4章IC工艺之离子注入
4.1. 离子注入原理
4.1.1. 物理原理(P.90-98) 通过改变高能离子的能量，控制注入离子在靶材
料中的位置。
•Ion implanter
•Energetic dopant ion
•Silicon crystal lattice
•Si •Si •Si •X-rays
•Si •Si •Si •Atomic collision
•Si •Si •Displaced Si atom
•Si •Si •Si •Si
•Figure 17.9
•
第4章IC工艺之离子注入
第4章IC工艺之离子注入
– 重离子在材料中与靶原子的碰撞是“弹性” 库仑散射
第4章IC工艺之离子注入
– 级联散射
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Energy Loss of an Implanted Dopant Atom
•Electronic collision •Si •Si •Si •Si •Si •Si •Si •Si •Si •Si •Si •Si
第4章IC工艺之离子注入
Ion Implant in Process Flow
•Wafer fabrication (front-end)
•Wafer start
•Thin Films
•Polish
•Unpatterned wafer
•Completed wafer
•Test/Sort
•Diffusion •Anneal after implant