硅集成电路工艺基础4.ppt
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第四章第四章离子注入离子注入离子注入技离子注入技术是用是用一定能量一定能量的的杂质离子束离子束轰击要要掺杂的材料(称的材料(称为靶),靶),一部分一部分杂质离子会离子会进入靶内,入靶内,实现掺杂的目的。
的目的。
离子注入是集成离子注入是集成电路制造中常用的一种路制造中常用的一种掺杂工工艺,尤,尤其是其是浅浅结主要是靠离子注入技主要是靠离子注入技术实现掺杂。
1952年,美国年,美国贝尔实验室就开始研究用室就开始研究用离子束离子束轰击技技术来改善半来改善半导体体的特性。
的特性。
1954年前后,年前后,Shockley提出来用提出来用离子注入技离子注入技术能能够制造半制造半导体器件体器件,并,并且且预言采用言采用这种方法可以制造薄基区的高种方法可以制造薄基区的高频晶体管。
晶体管。
1955年,英国的年,英国的W.D.Cussins发现硼离子硼离子轰击锗晶片晶片时,可在,可在n型材料型材料上形成上形成p型型层。
1960年,年,对离子射程的离子射程的计算和算和测量量、辐射射损伤效效应以及以及沟道效沟道效应等方等方面的重要研究己基本完成,离子注入技面的重要研究己基本完成,离子注入技术开始在半开始在半导体器件生体器件生产中得中得到到广泛广泛应用用。
1968年,采用离子注入技年,采用离子注入技术制造出具有制造出具有突突变型型杂质分布的分布的变容二极管容二极管以及以及铝栅自自对准准MOS晶体管晶体管。
1972年以后年以后对离子注入离子注入现象有了更深入的了解,目前离子注入技象有了更深入的了解,目前离子注入技术已已经成成为甚大甚大规模集成模集成电路路制造中最主要的制造中最主要的掺杂工工艺。
离子注入的离子注入的发展展历史史4.1、核碰撞和、核碰撞和电子碰撞子碰撞4.2、注入离子在无定形靶中的分布、注入离子在无定形靶中的分布4.3、注入、注入损伤4.4、热退火退火4.5、离子注入系、离子注入系统及工及工艺本章主要内容本章主要内容4.1、核碰撞和、核碰撞和电子碰撞子碰撞1963年,林年,林华德德(Lindhard),沙夫,沙夫(Scharff)和希奥特和希奥特(Schiott)。
LSS理理论(注入离子在靶内的分布理注入离子在靶内的分布理论):
):
注入离子在靶内的能量注入离子在靶内的能量损失分失分为两个彼此独立的两个彼此独立的过程:
程:
核碰撞核碰撞(核阻止核阻止)电子碰撞子碰撞(电子阻止子阻止)注入离子注入离子总的能量的能量损失失为二者之和。
二者之和。
核碰撞:
是注入离子与靶内原子核之核碰撞:
是注入离子与靶内原子核之间的相互碰撞。
的相互碰撞。
因注入离子与靶原子的因注入离子与靶原子的质量一量一般般为同一数量同一数量级,每次碰撞之后,每次碰撞之后,注入注入离子离子都可能都可能发生生大角度的散射大角度的散射,并失,并失去一定的能量。
去一定的能量。
靶原子核靶原子核也因碰撞而也因碰撞而获得能量,得能量,如果如果获得的能量大于原子束得的能量大于原子束缚能,就能,就会离开原来所在晶格会离开原来所在晶格进入入间隙,并留隙,并留下一个空位,形成缺陷。
下一个空位,形成缺陷。
由于两者的由于两者的质量相差非常大量相差非常大(104),每次碰撞中,注入离子的每次碰撞中,注入离子的能量能量损失很小失很小,而且而且散射角度也非常小散射角度也非常小,也就是,也就是说每次每次碰撞都不会改碰撞都不会改变注入离子的注入离子的动量,量,虽然然经过多次散射,多次散射,注入离子运注入离子运动方向基本方向基本不不变。
电子碰撞:
是注入离子与靶内自由子碰撞:
是注入离子与靶内自由电子以及束子以及束缚电子之子之间的碰撞。
的碰撞。
一个注入离子在其运一个注入离子在其运动路程上任一点路程上任一点x处的能量的能量为E,则核阻止本核阻止本领就定就定义为电子阻止本子阻止本领定定义为根据根据LSS理理论,单位距离上,由于核碰撞和位距离上,由于核碰撞和电子碰撞,注入离子子碰撞,注入离子损失能量失能量为注入离子在靶内运注入离子在靶内运动的的总路程路程核阻止本核阻止本领和和电子阻止本子阻止本领4.1.1、核阻止本、核阻止本领把注入离子和靶原子看成是两个不把注入离子和靶原子看成是两个不带电的硬球,半径分的硬球,半径分别为R1和和R2。
碰撞前:
碰撞前:
R1,M1,Vl,E0注入离子注入离子R2,M2靶原子靶原子碰撞后:
碰撞后:
R1,M1,Ul,E1,1R2,M2,U2,E2,2两球之两球之间的碰撞距离用碰撞参数的碰撞距离用碰撞参数p表示,表示,只有在只有在p(R1+R2)时才能才能发生碰撞和能量生碰撞和能量的的转移。
移。
在在p=0时,两球将,两球将发生正面碰撞,此生正面碰撞,此时传输的能量最大,用的能量最大,用TM表示:
表示:
不考不考虑电子屏蔽作用子屏蔽作用时,注入离子与靶原子之,注入离子与靶原子之间的的势函数函数为库仑势:
其中其中Z1和和Z2分分别为两个粒子的原子序数,两个粒子的原子序数,r为距离。
距离。
考考虑电子屏蔽作用,注入离子与靶原子之子屏蔽作用,注入离子与靶原子之间的的势函数用下面形式表示:
函数用下面形式表示:
其中其中f(r/a)为电子屏蔽函数。
子屏蔽函数。
考考虑一一级近似,屏蔽函数近似,屏蔽函数为:
此此时注入离子与靶原子核碰撞的能量注入离子与靶原子核碰撞的能量损失率失率为常数,用常数,用S0n表示。
表示。
如果采用用托如果采用用托马斯斯-费米屏蔽函数,核阻止米屏蔽函数,核阻止本本领与离子能量的关系与离子能量的关系Sn(E)如如图所示。
所示。
低能量低能量时核阻止本核阻止本领随离子能量呈随离子能量呈线性增性增加,在某个能量达到最大加,在某个能量达到最大值高能量高能量时,因快速运,因快速运动的离子没有足的离子没有足够的的时间与靶原子与靶原子进行有效的能量交行有效的能量交换,核阻,核阻止本止本领变小。
小。
托托马斯斯-费米屏蔽函数米屏蔽函数核阻止本核阻止本领与离子能量的关系与离子能量的关系As,P,B在硅中的核阻止本在硅中的核阻止本领和和电子阻止本子阻止本领与能量的关系的与能量的关系的计算算值对硅靶来硅靶来说,注入离子不同,其,注入离子不同,其核阻止本核阻止本领达到最大的能量达到最大的能量值是是不同的。
不同的。
4.1.2、电子阻止本子阻止本领在在LSS理理论中,把固体中的中,把固体中的电子看子看为自由自由电子气,子气,电子阻止子阻止类似于似于黏滞气体的阻力。
黏滞气体的阻力。
在注入离子的常用能量范在注入离子的常用能量范围内,内,电子阻止本子阻止本领Se(E)同注入离子的速同注入离子的速度成正比,即和注入离子能量的平方根成正比:
度成正比,即和注入离子能量的平方根成正比:
其中其中V为注入离子的速度,系数注入离子的速度,系数ke与注入离子的原子序数和与注入离子的原子序数和质量、靶材的量、靶材的原子序数和原子序数和质量有着微弱的关系。
量有着微弱的关系。
在粗略近似下,在粗略近似下,对于无定形硅靶来于无定形硅靶来说,ke为一常数。
一常数。
4.1.3、射程的粗略估、射程的粗略估计根据根据LSS理理论,核阻止本,核阻止本领和和电子阻止本子阻止本领曲曲线如如图,其中,其中和和是无量是无量纲的能量和射程参数。
的能量和射程参数。
注入离子的能量可分注入离子的能量可分为三个区域:
三个区域:
低能区:
低能区:
核阻止本核阻止本领占主要地位,占主要地位,电子阻止可以被忽略。
子阻止可以被忽略。
中能区:
中能区:
核阻止本核阻止本领和和电子阻止本子阻止本领同等重要,必同等重要,必须同同时考考虑。
高能区:
高能区:
电子阻止本子阻止本领占主要地位,占主要地位,核阻止本核阻止本领可以忽略。
但可以忽略。
但这个区域个区域的能量的能量值,一般超出了工,一般超出了工艺的的实际应用范用范围。
属于核物理的研究。
属于核物理的研究课题。
射程估算:
射程估算:
如果注入离子能量比如果注入离子能量比Ec大很多,大很多,则离子在离子在靶内主要以靶内主要以电子阻止形式子阻止形式损失能量,可按失能量,可按下式估算射程下式估算射程如果注入离子的能量如果注入离子的能量ERp一一侧有有较多的离子分布多的离子分布(重,散射角小)(重,散射角小)尽管如此,尽管如此,实践中通常仍利用理想践中通常仍利用理想高斯分布高斯分布来快速来快速估算注入离子估算注入离子在非晶在非晶靶以及靶以及单晶靶材料中晶靶材料中的分布的分布。
一一级近似得到的高斯分布,在峰近似得到的高斯分布,在峰值附近与附近与实际分布符合分布符合较好,距峰好,距峰值较远时有一定偏离。
有一定偏离。
在能量一定的情况下,在能量一定的情况下,轻离子比重离子的射程要深。
离子比重离子的射程要深。
B,P,As在无定型硅和在无定型硅和热氧化氧化SiO2中的投影射程和能量的关系中的投影射程和能量的关系4.2.2、横向分布、横向分布横向效横向效应:
注入离子在垂直入射方向的平面内的分布情况。
注入离子在垂直入射方向的平面内的分布情况。
离子束沿离子束沿x方向入射,方向入射,注入离子的空注入离子的空间分布函数分布函数f(x,y,z):
其中其中Y扣扣Z分分别为在在Y方向和方向和Z方向上的方向上的标准偏差。
准偏差。
Y=Z=R,R为横向离散。
横向离散。
在掩膜在掩膜边缘(即即-a和和+a处)的的浓度是窗口中心度是窗口中心处浓度的度的50。
而距离大于而距离大于+a和小于和小于-a各各处的的浓度按度按余余误差差下降。
下降。
通通过一狭窄掩膜窗口注入的离子,掩膜窗口的一狭窄掩膜窗口注入的离子,掩膜窗口的宽度度为2a,原点原点选在窗口的中心,在窗口的中心,y和和z方向如方向如图所示。
所示。
(a)杂质B、P、Sb通通过lm宽掩膜窗口注入到硅靶中的等掩膜窗口注入到硅靶中的等浓度曲度曲线(b)杂质P以不同能量注入硅靶中的等以不同能量注入硅靶中的等浓度曲度曲线横向效横向效应与与注入离子的种注入离子的种类和和离子能量离子能量有关有关硼、磷和砷入射到无定形硅靶中硼、磷和砷入射到无定形硅靶中时,Rp和和R与入射能量的关系与入射能量的关系4.2.3、沟道效、沟道效应沟道效沟道效应:
当离子注入的方向与靶晶体的某个晶面平行当离子注入的方向与靶晶体的某个晶面平行时,将很少受到核碰撞,离子将沿沟道运将很少受到核碰撞,离子将沿沟道运动,注入深度很深。
,注入深度很深。
由于沟道效由于沟道效应,使注入离子,使注入离子浓度的分布度的分布产生很生很长的的拖尾拖尾。
为了避免沟道效了避免沟道效应,可使,可使晶体的主晶体的主轴方向偏离注入方向方向偏离注入方向,使之呈使之呈现无定形状无定形状态,会,会发生大量碰撞。
生大量碰撞。
偏离的典型偏离的典型值为7。
部分沟道效部分沟道效应,在两次碰撞之,在两次碰撞之间有沟道效有沟道效应存在,存在,杂质分布拖尾。
分布拖尾。
4.2.4、浅、浅结的形成的形成对于于轻杂质,如,如B,注入深度一般,注入深度一般较深,形成浅深,形成浅结非常困非常困难。
形成浅形成浅结:
1.降低注入离子能量:
注入离子能量几个降低注入离子能量:
注入离子能量几个keV但是在低能情况下,沟道效但是在低能情况下,沟道效应变得非常明得非常明显。
增大偏离角度。
增大偏离角度。
在低能注入在低能注入时,离子束的,离子束的稳定性是一个定性是一个问题,由于空,由于空间电荷效荷效应,离,离子束子束发散。
解决散。
解决办法是采用法是采用宽束流,降低束流密度。
束流,降低束流密度。
2.预先非晶化:
注先非晶化:
注B前,先以重离子高前,先以重离子高剂量注入,使量注入,使Si形成非晶表面形成非晶表面层。
使沟道效使沟道效应减小。
减小。
完全非晶化完全非晶化层在退火后在退火后结晶晶质量好。
量好。
4.3、注入、注入损伤离子注入技离子注入技术的最大的最大优点,就是可以精确地控制点,就是可以精确地控制掺杂杂质的数量及深度。
的数量及深度。
但是,在离子注入的但是,在离子注入的过程中,程中,衬底的晶体底的晶体结构也不可避免地受到构也不可避免地受到损伤。
离子注入前后,离子注入前后,衬底的晶体底的晶体结构构发生生变化。
化。
如果如果传递的能量小于的能量小于移位移位阈能能Ed,被碰原子只是在平衡位置振,被碰原子只是在平衡位置振动,将将获得的能量以振得的能量以振动能的形式能的形式传递给近近邻原子,表原子,表现为宏宏观热能。
能。
如果如果传递的能量大于的能量大于Ed而小于而小于2Ed,被碰原子成,被碰原子成为移位原子,并移位原子,并留下一个空位。
留下一个空位。
这个移位原子具有的能量小于个移位原子具有的能量小于Ed,不能使与它碰撞,不能使与它碰撞的原子移位。
的原子移位。
如果靶原子如果靶原子获得的能量大于得的能量大于2Ed,被碰原子移位之后,被碰原子移位之后,还具有很具有很高的能量,在运高的能量,在运动过程中,可以使与它碰撞的原子程中,可以使与它碰撞的原子发生移位。
生移位。
这种不断碰撞的种不断碰撞的现象称象称为“级联碰撞碰撞”。
4.3.1、级联碰撞碰撞注入离子与靶内原子碰撞,将能量注入离子与靶内原子碰撞,将能量传递给靶的靶的过程称程称为能量淀能量淀积过程。
程。
级联碰撞的碰撞的结果会使大量的靶原子移位,果会使大量的靶原子移位,产生大量的空生大量的空位和位和间隙原子,形成隙原子,形成损伤。
当当级联碰撞密度不太大碰撞密度不太大时,只,只产生生孤立的、分开的点缺孤立的、分开的点缺陷陷。
如果。
如果级联碰撞的密度很高碰撞的密度很高时,缺陷区就会互相重叠缺陷区就会互相重叠,加,加重重损伤程度,甚至使注入区域的晶体程度,甚至使注入区域的晶体结构完全受到破坏,构完全受到破坏,变为非晶区非晶区。
4.3.2、简单晶格晶格损伤如果注入的是如果注入的是轻离子,或者是小离子,或者是小剂量的重量的重离子,注入离子在靶中离子,注入离子在靶中产生生简单晶格晶格损伤。
对于于轻离子,开始离子,开始时能量能量损失主要由失主要由电子子阻止引起,不阻止引起,不产生移位原子。
注入离子的能生移位原子。
注入离子的能量随注入深度的增加而减小,当能量减小到量随注入深度的增加而减小,当能量减小到小于交点小于交点Ec时,核阻止将起主,核阻止将起主导作用,几乎作用,几乎所有的晶格所有的晶格损伤都都产生于生于Ec点以后的运点以后的运动中。
中。
大多数情况下,每个注入离子只有一小部分大多数情况下,每个注入离子只有一小部分能量能量对产生生间隙隙-空位缺陷有空位缺陷有贡献。
献。
对重离子来重离子来说,主要是通,主要是通过核碰撞核碰撞损失能失能量,量,产生的生的损伤较大。
在基片上的一些局部大。
在基片上的一些局部区域,即使只受到小区域,即使只受到小剂量重原子的量重原子的轰击,也,也将遭受足将遭受足够的的损伤,甚至,甚至变为非晶非晶态层。
核阻止本核阻止本领与与电子阻止本子阻止本领比比较4.3.3、非晶的形成、非晶的形成注入离子的能量越高注入离子的能量越高,产生移位原生移位原子数目就越多,就更子数目就越多,就更容易形成非晶容易形成非晶区区。
离子注入离子注入时的靶温的靶温对晶格晶格损伤情况情况也起着重要的影响,在其他条件相也起着重要的影响,在其他条件相同的情况下,同的情况下,靶温越高,靶温越高,损伤情况情况就越就越轻,这是因是因为在离子注入同在离子注入同时,存在一个存在一个自退火自退火过程程。
如果如果单位位时间通通过单位面位面积注入的注入的离子数离子数(剂量率量率)增大增大,自退火效,自退火效应将将下降,下降,产生非晶区的生非晶区的临界界剂量也将量也将减小。
减小。
-影响注入影响注入损伤程度的因素程度的因素注入注入损伤不不仅与注入离子的能量、与注入离子的能量、质量有关,而且与离子的注入量有关,而且与离子的注入剂量以量以及靶温和晶向等因素有关。
及靶温和晶向等因素有关。
随着温度升高形成非晶随着温度升高形成非晶层的的临界界剂量量增大,增大,这是因是因为温度越高,自退火效温度越高,自退火效应越越显著。
著。
4.4、热退火退火注入离子所造成的晶格注入离子所造成的晶格损伤,对材料的材料的电学性学性质将将产生重要的影响。
生重要的影响。
如如载流子迁移率下降、少子的寿命减少流子迁移率下降、少子的寿命减少等。
等。
另外,离子注入的另外,离子注入的掺杂机理与机理与扩散不同,在离子注入中,是把散不同,在离子注入中,是把杂质离离子子强行注入晶体内,行注入晶体内,被注入的被注入的杂质原子大多数都存在于晶格原子大多数都存在于晶格间隙位置,起隙位置,起不到施主或受主的作用不到施主或受主的作用。
所以,采用离子注入技所以,采用离子注入技术进行行掺杂的硅片,必的硅片,必须消除晶格消除晶格损伤,并使,并使注入的注入的杂质进入晶格位置以入晶格位置以实现电激活激活。
热退火:
退火:
在一定温度下,将注有在一定温度下,将注有杂质离子的硅片离子的硅片经过适当适当时间的的热处理,理,使硅片中的使硅片中的损伤,部分或,部分或绝大部分消除,少子寿命和迁移率得到恢复,同大部分消除,少子寿命和迁移率得到恢复,同时掺入的入的杂质被激活,被激活,这样的的过程称程称为热退火。
退火。
热退火的重退火的重结晶晶过程程4.4.1、硅材料的、硅材料的热退火特性退火特性退火的温度和退火的温度和时间,退火方式等都要根据,退火方式等都要根据实际情况而情况而定。
低定。
低剂量所造成的量所造成的损伤,一般在,一般在较低温度下退火就可以低温度下退火就可以消除。
消除。
上上节课内容小内容小结形成浅形成浅结的的扩散工散工艺快速气相快速气相掺杂:
RTP,形成超浅,形成超浅结气体浸没激光气体浸没激光掺杂:
浅浅结,突,突变结与离子注入一样与离子注入一样形成浅结形成浅结,却,却无注入损伤无注入损伤且且无需退火无需退火上上节课内容小内容小结离子注入:
离子注入:
掺杂工工艺,浅,浅结注入离子能量注入离子能量损失失核碰撞:
缺陷、核碰撞:
缺陷、损伤,级联碰撞,非晶区碰撞,非晶区电子碰撞:
沟道效子碰撞:
沟道效应,杂质分布拖尾,避免分布拖尾,避免晶体的主晶体的主轴方向偏离注入方向,方向偏离注入方向,7注入离子在靶内分布:
注入离子在靶内分布:
高斯分布(一高斯分布(一级近似)近似)实际分布偏离:
分布偏离:
B偏向表面,偏向表面,As偏向深部偏向深部注入深度:
注入深度:
对于同种离子,离子能量越大,注入深度越深于同种离子,离子能量越大,注入深度越深横向效横向效应:
比:
比扩散小得多,与注入离子种散小得多,与注入离子种类和能量有关和能量有关轻杂质,浅,浅结的形成:
的形成:
降低注入离子能量降低注入离子能量:
注入离子能量几个:
注入离子能量几个keV但是在低能情况下,沟道效但是在低能情况下,沟道效应变得非常明得非常明显。
增大偏离角度。
增大偏离角度。
在低能注入在低能注入时,离子束的,离子束的稳定性是一个定性是一个问题,由于空,由于空间电荷效荷效应,离,离子束子束发散。
解决散。
解决办法是采用法是采用宽束流,降低束流密度。
束流,降低束流密度。
预先非晶化先非晶化:
注:
注B前,先以重离子高前,先以重离子高剂量注入,使量注入,使Si形成非晶表面形成非晶表面层。
使沟道效使沟道效应减小。
减小。
完全非晶化完全非晶化层在退火后在退火后结晶晶质量好。
量好。
上上节课内容小内容小结上上节课内容小内容小结热退火:
退火:
在一定温度下,将注有在一定温度下,将注有杂质离子的硅片离子的硅片经过适当适当时间的的热处理理消除晶格消除晶格损伤使注入的使注入的杂质进入晶格位置以入晶格位置以实现电激活激活根据实际情况,选择最佳退火条件根据实际情况,选择最佳退火条件,T,t。
4.4.2、硼的、硼的热退火特性退火特性电激活比例:
激活比例:
自由自由载流子数流子数p和注入和注入剂量量Ns的比的比值对于低于低剂量的情况,随量的情况,随退火温度上升退火温度上升,电激活激活比例增大。
比例增大。
能量能量为150keV的硼离子以三个不同的硼离子以三个不同剂量注入硅中的等量注入硅中的等时退火特性退火特性对于高于高剂量情况,可以把退火温度分量情况,可以把退火温度分为三个区域:
三个区域:
在在区域区域I中,随中,随退火温度上升,退火温度上升,点缺陷的移点缺陷的移动能力增能力增强,因此因此间隙硼和硅原子与空位的复合几率增加,使点缺陷隙硼和硅原子与空位的复合几率增加,使点缺陷消失,替位硼的消失,替位硼的浓度上升,度上升,电激活比例增加激活比例增加,自由,自由载流流子子浓度增大。
度增大。
当当退火温度在退火温度在500-600的范的范围内,点缺陷通内,点缺陷通过重新重新组合或合或结团,降低其能量。
因,降低其能量。
因为硼原子非常小,和硼原子非常小,和缺陷缺陷团有很有很强的作用,很容易迁移或被的作用,很容易迁移或被结合到缺陷合到缺陷团中,中,处于于非激活位置,因而出非激活位置,因而出现随温度的升高而替位硼的随温度的升高而替位硼的浓度下度下降的降的现象,也就是象,也就是自由自由载流子流子浓度随温度上升而下降度随温度上升而下降的的现象(逆退火特性)。
象(逆退火特性)。
在在区域区域中,硼的替位中,硼的替位浓度以接近于度以接近于5eV的激活能随温的激活能随温度上升而增加,度上升而增加,这个激活能与升温个激活能与升温时Si自身空位的自身空位的产生生和移和移动的能量一致。
的能量一致。
产生的空位向生的空位向间隙硼隙硼处运运动,因而,因而间隙硼就可以隙硼就可以进入空位而入空位而处于替位位置,于替位位置,硼的硼的电激活比激活比例也随温度上升而增加。
例也随温度上升而增加。
实际退火条件,要根据注入时靶温、注入实际退火条件,要根据注入时靶温、注入剂量及对材料性能的要求来选择。
剂量及对材料性能的要求来选择。
注入剂量低,不发生逆退火现象,退火温度注入剂量低,不发生逆退火现象,退火温度不需要太高。
不需要太高。
1012/cm2,800度,几分钟。
度,几分钟。
室温注入与靶温较高时注入时,产生非晶区室温注入与靶温较高时注入时,产生非晶区的临界剂量不同,退火要求也不同。
的临界剂量不同,退火要求也不同。
4.4.3、磷的、磷的热退火特性退火特性图中虚中虚线所表示的是所表示的是损伤区区还没有没有变为非非晶晶层时的退火性的退火性质,实线则表示非晶表示非晶层的退火的退火性性质。
对于于11015/cm2和和51015/cm2时所形成的所形成的非晶非晶层,退火温度在,退火温度在600左右,低于左右,低于剂量量为1014左右没有形成非晶左右没有形成非晶层时的退火温度,的退火温度,这是因是因为两种情况的退火机理不同。
两种情况的退火机理不同。
非晶非晶层的退火效的退火效应是与固相外延再生是与固相外延再生长过程相程相联系的,在再生系的,在再生长过程中,程中,P原子原子实际上与上与硅原子是硅原子是难以区分,被注入的以区分,被注入的P原子在再原子在再结晶晶过程中与硅原子一程中与硅原子一样,同,同时被被结合到晶格位置上。
合到晶格位置上。
在实际情况中,注入离子分布的不均匀,同一退火条件在实际情况中,注入离子分布的不均匀,同一退火条件下,退火效果也不同,因此,要根据实际需要,选择最佳下,退火效果也不同,因此,要根据实际需要,选择最佳退火条件。
退火条件。
4.4.4、热退火退火过程中的程中的扩散效散效应注入离子在靶内的分布近似注入离子在靶内的分布近似认为是高斯分布。
是高斯分布。
但是但是热退火退火过程使高斯分布有明程使高斯分布有明显的展的展宽,偏离,偏离了注入了注入时的分布,尤其是尾部出的分布,尤其是尾部出现了了较长的按指的按指数衰减的拖尾。
数衰减的拖尾。
实际上,上,热退火温度比退火温度比热扩散散时的温度要低得的温度要低得多。
在退火温度下,多。
在退火温度下,对于完美晶体中的于完美晶体中的杂质来来说,扩散系数是很小的,甚至可以忽略。
但是,散系数是很小的,甚至可以忽略。
但是,对于于注入区的注入区的杂质,即使在比,即使在比较低的温度下,低的温度下,杂质扩散效果也是非常散效果也是非常显著的。
著的。
这是因是因为离子注入所造成的晶格离子注入所造成的晶格损伤:
硅内的空位数比完美晶体中多得多硅内的空位数比完美晶体中多得多晶体内存在大量的晶体内存在大量的间隙原子隙原子其它各种缺陷其它各种缺陷使使扩散系数增大,散系数增大,扩散效散效应增增强。
退火温度不同退火温度不同时注入注入杂质B分布分布(注入条件和退火(注入条件和退火时间相同)相同)4.4.5、快速退火、快速退火快速退火:
快速退火:
降低退火温度,降低退火温度,缩短退火短退火时间。
快速退火技快速
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