半導(dǎo)體制造工藝-10離子注入(下)課件

上節(jié)課主要內(nèi)容LSS理論？阻止能力的含義？離子注入的雜質(zhì)分布？退火后？離子注入的主要特點(diǎn)？掩蔽膜的厚度？精確控制摻雜，淺結(jié)、淺摻雜，純度高，低溫，多種掩模，…非晶靶。能量損失為兩個(gè)彼此獨(dú)立的過程(1)核阻止與(2)電子阻止之和。能量為E的入射粒子在密度為N的靶內(nèi)走過x距離后損失的能量。掩膜層能完全阻擋離子的條件：1上節(jié)課主要內(nèi)容LSS理論？阻止能力的含義？離子注入的雜質(zhì)分布總阻止本領(lǐng)（Totalstoppingpower）核阻止本領(lǐng)在低能量下起主要作用（注入分布的尾端）電子阻止本領(lǐng)在高能量下起主要作用核阻止和電子阻止相等的能量2總阻止本領(lǐng)（Totalstoppingpower）核阻止表面處晶格損傷較小射程終點(diǎn)（EOR）處晶格損傷大3表面處晶格損傷較小射程終點(diǎn)（EOR）處晶格損傷大3EORdamageCourtesyAnn-ChatrinLindberg(March2002).4EORdamageCourtesyAnn-Chatrin晶格損傷：高能離子注入硅片后與靶原子發(fā)生一系列碰撞，可能使靶原子發(fā)生位移，被位移原子還可能把能量依次傳給其它原子，結(jié)果產(chǎn)生一系列的空位－間隙原子對(duì)及其它類型晶格無序的分布。這種因?yàn)殡x子注入所引起的簡(jiǎn)單或復(fù)雜的缺陷統(tǒng)稱為晶格損傷。什么是注入損傷(Si)SiSiI+SiV5晶格損傷：高能離子注入硅片后與靶原子發(fā)生一系列碰撞，可能使靶損傷的產(chǎn)生移位原子：因碰撞而離開晶格位置的原子。移位閾能Ed：使一個(gè)處于平衡位置的原子發(fā)生移位，所需的最小能量.(對(duì)于硅原子,Ed

15eV)注入離子通過碰撞把能量傳給靶原子核及其電子的過程，稱為能量傳遞過程6損傷的產(chǎn)生移位原子：因碰撞而離開晶格位置的原子。6損傷區(qū)的分布重離子每次碰撞傳輸給靶的能量較大，散射角小，獲得大能量的位移原子還可使許多原子移位。注入離子的能量損失以核碰撞為主。同時(shí)，射程較短，在小體積內(nèi)有較大損傷。重離子注入所造成的損傷區(qū)域小，損傷密度大。質(zhì)量較靶原子輕的離子傳給靶原子能量較小，被散射角度較大，只能產(chǎn)生數(shù)量較少的位移靶原子，因此，注入離子運(yùn)動(dòng)方向的變化大，產(chǎn)生的損傷密度小，不重疊，但區(qū)域較大。呈鋸齒狀。7損傷區(qū)的分布重離子每次碰撞傳輸給靶的能量較大，散射角小，獲得離子注入損傷估計(jì)100KeVB離子注入損傷初始核能量損失：30eV/nm,硅晶面間距:0.25nm,每穿過一個(gè)晶面能量損失:30eV/nmX0.25nm=7.5eV<Ed(15eV).當(dāng)能量降到50KeV,穿過一個(gè)晶面能量損失為15eV,該能量所對(duì)應(yīng)的射程為:150nm.位移原子數(shù)為:150/0.25=600,如果移位距離為:2.5nm,那么損傷體積:(2.5)2X150=3X10-18cm3.損傷密度:2X1020cm-3,

大約是原子密度0.4%.100KeVAs離子注入損傷平均核能量損失：1320eV/nm,損傷密度:5X1021cm-3,

大約是原子密度10%,該數(shù)值為達(dá)到晶格無序所需的臨界劑量,即非晶閾值.8離子注入損傷估計(jì)100KeVB離子注入損傷8非晶化（Amorphization）注入離子引起的晶格損傷有可能使晶體結(jié)構(gòu)完全破壞變?yōu)闊o序的非晶區(qū)。與注入劑量的關(guān)系注入劑量越大，晶格損傷越嚴(yán)重。臨界劑量：使晶格完全無序的劑量。臨界劑量和注入離子的質(zhì)量有關(guān)9非晶化（Amorphization）注入離子引起的晶格損傷有損傷退火（DamageAnnealing）被注入離子往往處于半導(dǎo)體晶格的間隙位置，對(duì)載流子的輸運(yùn)沒有貢獻(xiàn)；而且也造成大量損傷。注入后的半導(dǎo)體材料：雜質(zhì)處于間隙n<<ND；p<<NA晶格損傷，遷移率下降；少子壽命下降熱退火后：n

n=ND(p=NA)

bulk

010損傷退火（DamageAnnealing）被注入離子往往損傷退火的目的去除由注入造成的損傷，讓硅晶格恢復(fù)其原有完美晶體結(jié)構(gòu)讓雜質(zhì)進(jìn)入電活性（electricallyactive）位置－替位位置?；謴?fù)電子和空穴遷移率注意：退火過程中應(yīng)避免大幅度的雜質(zhì)再分布11損傷退火的目的去除由注入造成的損傷，讓硅晶格恢復(fù)其原有完美晶損傷恢復(fù)機(jī)制

（DamageRecoveryMechanism）Annihilation:recombinationSiI+SiV

(Si)SiMonteCarlo模擬的I-V復(fù)合結(jié)果：短時(shí)間內(nèi)（10-2秒）800

C下，體內(nèi)的V在表面復(fù)合迅速完成，產(chǎn)生剩余的I，其表面復(fù)合相對(duì)較緩慢。在400

C以上，這些I可接合入{311}面形成棒/帶狀缺陷，并可以穩(wěn)定較長(zhǎng)時(shí)間。FrenkelI-Vpairs12損傷恢復(fù)機(jī)制

（DamageRecoveryMechan該{311}缺陷帶在較高溫度下（800～1000

C）即可退火修復(fù)，但是釋放出大量填隙原子I。損傷小于臨界值，這些{311}缺陷可以完全分解，回復(fù)完美晶體。損傷高于臨界值，則{311}缺陷可能變成穩(wěn)定的位錯(cuò)環(huán)，該位錯(cuò)環(huán)位于EOR，并難以去除。TED漏電流大13該{311}缺陷帶在較高溫度下（800～1000C）即可退火

一定溫度下，通常在Ar、N2或真空條件下退火溫度取決于注入劑量及非晶層的消除。修復(fù)晶格：退火溫度600oC以上，時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)小時(shí)雜質(zhì)激活：退火溫度650－900oC，時(shí)間10－30分鐘

*方法簡(jiǎn)單*不能全部消除缺陷*對(duì)高劑量注入激活率不夠高*雜質(zhì)再分布14退火14。高功率激光束輻照。電子束

。高強(qiáng)度的光照

。其它輻射

RTP主要優(yōu)點(diǎn)是摻雜的再分布大大降低，對(duì)制備淺結(jié)器件特別有利b）快速熱退火，RapidThermalProcessing（RTP）15。高功率激光束輻照b）快速熱退火，RapidTherma1616離子注入在集成電路中的應(yīng)用一、CMOS制造9-10differentI/Iidentified!17離子注入在集成電路中的應(yīng)用一、CMOS制造9-10diff二、雙極型制造（Bipolarfabrication）。高能注入形成埋層。LOCOS下方的p-n結(jié)隔離。形成基區(qū)注入。砷注入多晶硅發(fā)射區(qū)。多晶電阻18二、雙極型制造（Bipolarfabrication）18三、其它應(yīng)用硅襯底背面損傷形成吸雜區(qū)BacksideDamageLayerFormationforGettering形成SOI結(jié)構(gòu)Silicon-On-InsulatorUsingOxygenorHydrogenImplantation19三、其它應(yīng)用1920202121本節(jié)課主要內(nèi)容什么是離子注入損傷？退火的目的是什么？什么是RTP？產(chǎn)生大量空位－間隙對(duì)，直至非晶化?；謴?fù)晶格，激活雜質(zhì)，恢復(fù)載流子遷移率和少子壽命。快速熱退火，熱擴(kuò)散小，制作