一文解析離子注入的溝道效應(yīng)

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。

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。

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 在晶體管等半導(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。

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