離子注入中的劑量和濃度之間有何關(guān)系呢？

對(duì)器件設(shè)計(jì)工程師來(lái)講，離子注入的濃度往往是需要關(guān)心的參數(shù)，什么樣的濃度對(duì)應(yīng)什么樣的方阻，器件仿真參數(shù)輸入的是濃度，通過(guò)DSIMS測(cè)出來(lái)的也是濃度和深度的關(guān)系。所以，常常會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：做設(shè)計(jì)的告訴做工藝的，我要某個(gè)濃度的注入，做工藝的反問(wèn)做設(shè)計(jì)的要?jiǎng)┝?，因此雙方經(jīng)常不能談?wù)摰揭黄稹?/p>

之所以談不到一起，是因?yàn)殡p方?jīng)]有真正弄清劑量和濃度之間的關(guān)系。

劑量是單位襯底表面積獲得的離子數(shù)量，單位是ion·cm-2，實(shí)際工程表達(dá)中ion常常省略，表示為cm-2。濃度是單位襯底體積分布的離子數(shù)量，單位是cm-3。

我們簡(jiǎn)單舉個(gè)例子，現(xiàn)在有100個(gè)離子，注入到1cm2的區(qū)域，那么劑量就是100cm-2。那么濃度呢？如果結(jié)深是1cm，那么濃度就是100cm-3；如果結(jié)深是2cm，那么濃度就是cm-3。所以，你看到結(jié)深越深，意味著注入濃度就會(huì)較小，濃度=劑量/結(jié)深。

離子注入濃度和劑量的示意圖

在實(shí)際的注入過(guò)程中，所有的離子不可能停在一個(gè)深度，我們所說(shuō)濃度-深度高斯分布曲線(xiàn)中，某個(gè)深度下的濃度是這個(gè)深度下單位體積的離子數(shù)。

那么結(jié)深又是對(duì)應(yīng)哪個(gè)深度？它對(duì)應(yīng)的不是高斯分布的最高值，也不是離子注入的總射程。它是形成PN結(jié)的位置，有一個(gè)較為復(fù)雜的計(jì)算公式，有興趣的可以自行查找，反映到高斯分布圖大致的位置是最高濃度的100-1000分之一濃度對(duì)應(yīng)的位置。如下圖，最高濃度為2.5E21cm-3，結(jié)深的濃度為5E18cm-3，對(duì)應(yīng)的位置是結(jié)深10nm。

注入濃度和深度的高斯分布曲線(xiàn)

那么，又是什么影響結(jié)深呢？結(jié)深取決于離子的質(zhì)量、能量，襯底原子的質(zhì)量以及離子入射方向與晶向之間的關(guān)系。離子注入能量越高，離子注入的深度越深，離子注入能量的大小可以通過(guò)調(diào)節(jié)加速電壓和離子種類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。注入能量介于1eV到1MeV之間，注入結(jié)深平均可達(dá)10nm~10um。

能量對(duì)離子注入結(jié)深的影響

目前離子注入分布計(jì)算軟件有TCAD，SRIM等，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)軟件先對(duì)注入分布進(jìn)行仿真，再確定實(shí)際注入劑量、能量和角度等工藝參數(shù)。

審核編輯：劉清