11.10.1晶体损伤

 

离子注入过程中,由于入射离子的碰撞,品圆晶体结构受到损伤。有三种类型的损伤:晶格损伤,损伤群簇,空位一间隙。

 

晶格损伤发生在入射离子与原物质原子发生碰撞并取代原物质原子的晶格位置时。损伤群簇发生在被替位的本物质原子继续替代其他本物质原子的位置,产生成簇的被替位的原子时。离子注入产生的常见缺陷是空位一间隙。当原物质原子被入射离子撞击出本来位置,停留在非晶格位置时,将产生这种缺陷(参见下图)。

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像硼这样的轻原子产生很少量的替位原子。像磷和砷这样较重的原子产生大量的替位原子。随着轰击的延续,错位密集区域可能变为无定型(非晶态)结构。除去离子注入造成的结构损伤外,还有电学上的影响。由于注入的离子没有占据晶格位置,所以受损区域没有所需的电特性。

 

11.10.2退火和杂质激活

 

修复晶体损伤和注入杂质的电激活可以通过加热的步骤来实现。退火的温度低于扩散掺杂时的温度以防止横向扩散。通常炉管中的退火在0。01(K℃之间的氢气气氛中进行。

 

离子注入后的退火也用到R技术RTP提供快速表面加热修复损伤,而不使衬底温度达到扩散的程度。且快速热退火可以在数秒钟内完成,而炉管工艺需要15·30分钟。如果晶圆有大量的无定型层,损伤可以通过第二次轻粒子的注入,如氧或氖来修复。

 

11,10.3沟道效应

 

晶圆的晶体结构在离子注入工艺中会出现一个问题。问题发生在当晶圆的主要晶轴对准离子束流时。离子可以沿沟道深入,达到计算深度的10倍距离处。沟道效应的离子浓度剖面图(参见图11.)显示出显著数量的额外杂质。沟道效应可以通过几种技术最小化:表层的无定型阻碍层,晶圆方向的扭转,以及在晶圆表面形成损伤层。

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通常的无定型阻碍层是生长出的一薄层二氧化硅(参见图1L41)。这一层入射离子的方向是随机的,以便离子以不同角度进入晶圆,不会直接沿晶体沟道深入。将晶圆取向偏移主要晶面3度-7度,可以起到防止离子进入沟道的效果(参见下图)。使用重离子如硅、锗对晶圆表面的预损伤注入会在晶圆表面形成不定向层(参见图1L43)0这种方法提高了昂贵的离子注入设备的使用。沟道效应在低能量重离子注入时问题更突出。

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11.11离子注入层的评估

 

对离子注入晶圆的评估基本同扩散层的评估一样。四探针测试仪被用于测试该层的方块电阻。扩散电阻技术和电容一电压技术决定剖面浓度、剂量和结深。结深也可以由斜角染色法来决定。

 

对于注入层,一种被称为v皿rpauw结构的特殊结构有时被用来替代四探针测试仪(参见下图)。这种结构允许决定方块电阻而没有四探针的接触电阻问题。注入后的晶圆变化可能来自多种因素:束流的均匀度、电压的变化、扫描的变化以及机械系统的问题。这些潜在问题有可能导致比扩散工艺更大的方块电阻的变化。为检测和控制整个晶圆表面的方块电阻,绘图技术很流行。晶圆表面绘图(参见图1L45)基于计算机校正临近与边远效应后的四探针测试。

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离子注入的特殊测试技术是光学剂量测定。这项技术要求旋转涂有光刻胶的玻璃圆盘。在放入离子注入机以前,光刻胶膜被剂量检测仪扫描,以测量膜的吸收率。这条信息被储存在计算机中。这个芯片与上面的膜接受了与器件晶圆相同的离子注入。光刻胶吸收一定剂量的离子而变黑。注入后,该膜被再次扫描。计算机将每一点都减去注入前的值,打印出表面的等高线图。等高线上线的间距反映了表面掺杂的均匀性(参见下图)。

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