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一文解析離子注入的溝道效應(yīng)

中科院半導(dǎo)體所 ? 來源:Tom聊芯片智造 ? 2024-02-21 10:19 ? 次閱讀

本文介紹了離子注入的溝道效應(yīng)。

溝道效應(yīng),英文名Channeling Effect,是離子注入工序中非常重要的一種效應(yīng),對于雜質(zhì)的分布影響很大。

什么是溝道效應(yīng)?

溝道效應(yīng)是指在晶體材料中,注入的離子沿著晶體原子排列較為稀疏的方向穿透得比預(yù)期更深的現(xiàn)象。

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為什么會產(chǎn)生溝道效應(yīng)? 首先,要理解什么是晶體。 在晶體材料中,原子以規(guī)則的晶格形式排列,某些特定晶向上的原子排列間隙較大,當(dāng)離子沿著這些晶向注入時,它們遇到的碰撞最少,穿透的距離更深;當(dāng)注入的離子不沿著晶格的低密度方向,離子在進(jìn)入晶體材料時會遇到更多的原子碰撞。這些碰撞會導(dǎo)致離子失去能量,那么,離子將在接近表面的區(qū)域內(nèi)停留下來,形成較淺的摻雜剖面。

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溝道效應(yīng)對離子注入的影響? 摻雜深度與分布與設(shè)計預(yù)期不符 溝道效應(yīng)雖然可以使注入離子穿行的更遠(yuǎn),但是注入的深度卻是不可控的。所有的離子離子束不是完美地完全平行于溝道。許多離子注入襯底后會發(fā)生許多次核碰撞,只有少數(shù)一些會進(jìn)入很深的距離,這樣注入的深度有的深有的淺,很不均勻。 器件的一致性降低晶體管半導(dǎo)體器件中,摻雜劑的分布直接影響到器件的關(guān)鍵性能指標(biāo),例如開關(guān)特性、閾值電壓、載流子遷移率等。因此不均勻的摻雜深度與分布,導(dǎo)致器件的一致性,穩(wěn)定性降低。

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怎么避免溝道效應(yīng)的影響? 一般有三種方式,調(diào)整離子注入角度。 什么是注入角度? 離子注入角度是指離子束相對于晶圓表面法線的傾斜角度。 常見的注入角度是多少?為什么? 通過調(diào)整離子注入的角度,使離子的入射方向與晶格溝道不對齊,可以顯著減少溝道效應(yīng)。常見的做法是將注入角度設(shè)為晶面法線的7度到10度之間,這有助于打亂離子的路徑,減少沿通溝穿透的概率。另一方面又可保證注入的深度與減少離子注入的陰影效應(yīng)。 表面無序化處理 在頂部沉積非晶材料,如氧化硅。氧化硅必須非常薄,大概在十幾個納米左右。這樣可以改變離子注入過程中的局部結(jié)構(gòu)環(huán)境。非晶態(tài)薄膜由于其無序的原子排列,沒有晶格溝道,因此可以有效地打亂進(jìn)入離子的路徑,降低其沿晶格溝道直接穿透到深層的可能性。 注入前無定形處理 通過預(yù)先注入某些輕離子(如氫或氦),在晶格中引入缺陷,這些缺陷可以作為散射中心,減少后續(xù)摻雜離子的溝道穿透。

審核編輯:黃飛

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原文標(biāo)題:什么是離子注入的溝道效應(yīng)?

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