第八章：离子注入第八章：离子注入掺杂技术之掺杂技术之二二8.18.1引言引言离子注入的概念：离子注入的概念：离子注入是在高真空的复杂系统中，产生电离杂离子注入是在高真空的复杂系统中，产生电离杂质并形成高能量的离子束，入射到硅片靶中进行掺质并形成高能量的离子束，入射到硅片靶中进行掺杂的过程。杂的过程。束流、束斑束斑高能离子轰击高能离子轰击（氩离子为例）（氩离子为例）1.1.离子反射（能量很小）离子反射（能量很小）2.2.离子吸附（离子吸附（<10eV<10eV））3.3.溅射（溅射（0.5keV~5keV0.5keV~5keV））4.4.离子注入（离子注入（>10keV>10keV））离子注入离子注入是继扩散之后的第二种掺杂技术，是现是继扩散之后的第二种掺杂技术，是现代先进的集成电路制造工艺中非常重要的技术。代先进的集成电路制造工艺中非常重要的技术。有些特殊的掺杂（如小剂量浅结掺杂、深浓度峰有些特殊的掺杂（如小剂量浅结掺杂、深浓度峰分布掺杂等）扩散是无法实现的，而离子注入却分布掺杂等）扩散是无法实现的，而离子注入却能胜任。能胜任。离子注入系统离子注入系统离子注入的优点：离子注入的优点：1.1.精确地控制掺杂浓度和掺杂深度精确地控制掺杂浓度和掺杂深度离子注入层的深度依赖于离子能量、杂质浓度依离子注入层的深度依赖于离子能量、杂质浓度依赖于离子剂量，可以独立地调整能量和剂量，精赖于离子剂量，可以独立地调整能量和剂量，精确地控制掺杂层的深度和浓度，工艺自由度大。确地控制掺杂层的深度和浓度，工艺自由度大。2.2.可以获得任意的杂质浓度分布可以获得任意的杂质浓度分布由于离子注入的浓度峰在体内，所以基于第由于离子注入的浓度峰在体内，所以基于第11点点采用多次叠加注入，可以获得任意形状的杂质分采用多次叠加注入，可以获得任意形状的杂质分布，增大了设计的灵活性。布，增大了设计的灵活性。离子注入的优点：离子注入的优点：3.3.杂质浓度均匀性、重复性好杂质浓度均匀性、重复性好用扫描的方法控制杂质浓度均匀性。用扫描的方法控制杂质浓度均匀性。4.4.掺杂温度低掺杂温度低注入可在注入可在125℃125℃以下的温度进行，允许使用不以下的温度进行，允许使用不同同的注入阻挡层（如光刻胶）增加了工艺的灵活性。的注入阻挡层（如光刻胶）增加了工艺的灵活性。离子注入的优点：离子注入的优点：5.5.沾污少沾污少质量分离技术产生没有沾污的纯离子束，减质量分离技术产生没有沾污的纯离子束，减少了由于杂质源纯度低带来的沾污，另外低温工少了由于杂质源纯度低带来的沾污，另外低温工艺也减少了掺杂沾污。艺也减少了掺杂沾污。6.6.横向扩散小横向扩散小离子注入具有高度的方向性，虽然散射会引起一离子注入具有高度的方向性，虽然散射会引起一定横向杂质分布，但横向尺度远小于扩散。定横向杂质分布，但横向尺度远小于扩散。离子注入的缺点：离子注入的缺点：1.1.高能杂质离子轰击硅原子将产生晶格损伤高能杂质离子轰击硅原子将产生晶格损伤使用二氧化硅注入缓冲层使用二氧化硅注入缓冲层高温退火修复损伤高温退火修复损伤2.2.注入设备复杂昂贵注入设备复杂昂贵8.28.2离子注入参数离子注入参数注入剂量φ注入剂量φ是样品表面单位面积注入的离子总数。单位：离子每平方厘米其中I为束流，单位是安培t为注入时间，单位是秒q为电子电荷，等于1.6×10－19库仑n为每个离子的电荷数A为注入面积，单位为cm2—束斑注入能量离子注入的能量用电子电荷与电势差的乘积来表示。单位：千电子伏特KEV带有一个正电荷的离子在电势差为100KV的电场运动，它的能量为100KEV射程、投影射程射程、投影射程具有一定能量的离子入射靶中，与靶原子和电子具有一定能量的离子入射靶中，与靶原子和电子发生一系列碰撞（即受到了核阻止和电子阻止）发生一系列碰撞（即受到了核阻止和电子阻止）进行能量的交换，最后损失了全部能量停止在相进行能量的交换，最后损失了全部能量停止在相应的位置，离子由进入到停止所走过的总距离，应的位置，离子由进入到停止所走过的总距离，称为称为射程射程用用RR表示。这一距离在入射方向上的投表示。这一距...
