離子在非晶態(tài)材料內(nèi)的投影射程

通道效應(yīng)

離子在非晶態(tài)材料內(nèi)的投影射程通常遵循高斯分布，即所謂的常態(tài)分布。單晶硅中的晶格原子整齊排列，而且在特定的角度具有很多通道。如果一個離子以正確的注入角度進(jìn)入通道，它只要具有很少的能量就可以行進(jìn)很長的距離（見下圖）。這個效應(yīng)稱為通道效應(yīng)。

通道效應(yīng)將使離子穿透到單晶硅襯底深處，并在常態(tài)摻雜物分布曲線上出現(xiàn)“尾狀”。如下圖所示，這部分并不是想要的摻雜物分布輪廓，因為它將影響元器件的性能。有幾種方法可以減小通道效應(yīng)。

一個問題：通道效應(yīng)可以使一個非常低能量的離子穿透到單晶硅的深處。為什么不可以應(yīng)用這個效應(yīng)使用不太高的離子能量形成很深的摻雜結(jié)？

答:如果所有的離子束都能垂'直注入進(jìn)入襯底，通道效應(yīng)也許能夠真正以非常低的能量應(yīng)用于形成深結(jié)。然而離子卻因為相同電荷的庫侖力而相互排斥，所以離子束無法完美平行地停留在同一位置。這表示很多的離子會以一個很小的傾斜角與晶圓表面碰撞，進(jìn)入襯底后立刻與晶格原子開始產(chǎn)生原子核碰撞。這將會導(dǎo)致一些離子沿著通道深入襯底，而其他很多離子則被阻滯后形成高斯分布。

將通道效應(yīng)最小化的方法之一是在傾斜的晶圓上進(jìn)行離子注入過程，通常傾斜的角度為7度。通過將晶圓傾斜，離子將傾斜地與晶圓碰撞而不進(jìn)入通道（見下圖）。入射的離子會立刻以原子核碰撞的方式有效減少通道效應(yīng)。大部分離子注入過程都使用這種技術(shù)減少通道效應(yīng)，大部分離子注入機(jī)的晶圓夾具都能調(diào)整晶圓的傾斜角度。

晶圓傾斜可能會因光刻膠而產(chǎn)生陰影效應(yīng)（見下圖）,這可以通過注入時的晶圓轉(zhuǎn)動與注入后退火過程的小量摻雜物擴(kuò)散解決。

如果頃斜的角度太小，那么硅中的摻雜物濃度可能會因為通道效應(yīng)形成雙峰分布（見下圖）。

另一種廣泛用于減小通道效應(yīng)的方法是穿過一層屏蔽二氧化硅薄膜進(jìn)行注入。加熱生長的二氧化硅是一種非晶材料。注入的離子進(jìn)入單晶硅之前，將穿過屏蔽層與其中的硅氧原子產(chǎn)生碰撞及散射，由于碰撞產(chǎn)生的散射使離子擠入硅晶體的角度分布在比較廣的范圍，這樣就減少了通道的機(jī)會。屏蔽氧化層也可以防止硅襯底與光刻膠接觸引起污染。某些情況下，屏蔽氧化層和晶圓傾斜的方法都用于減小離子注入過程中的通道效應(yīng)。

屏蔽層是將其中的一些原子從高能量的離子獲得足夠的能量注入硅中，稱為回彈效應(yīng)。對于二氧化硅屏蔽層，回彈的氧原子可以注入到硅襯底，在靠近硅和二氧化硅界面附近的硅襯底內(nèi)形成高氧濃度區(qū)，從而將引入深捕獲能級而降低了載流子的遷移率。因此在某些注入過程中，無法釆用屏蔽氧化層。某些情況下需要利用注入后氧化作用和犧牲氧化層，剝除高含氧的硅薄層。在氧化過程中，注入所引起的晶體損傷可以退火消除，二氧化硅層會生長進(jìn)入硅襯底消耗高氧區(qū)。氧化物剝除可以移去表面的缺陷和高氧濃度層。然而對于淺結(jié)(USJ)離子注入工藝，這項技術(shù)是不可行的，因為氧化作用會引起過多的摻雜物擴(kuò)散并從襯底上消耗掉硅淺結(jié)。

審核編輯：劉清