介紹了離子注入涉及到的隧道效應(yīng)以及為什么需要7°角。

回答這個(gè)問題，首先我們要了解一個(gè)概念：隧道效應(yīng)。

隧道效應(yīng)，又稱溝道效應(yīng)，對(duì)晶圓進(jìn)行離子注入時(shí)，當(dāng)注入離子的方向與晶圓的某個(gè)晶向平行時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡將不再是無規(guī)則的碰撞，而是將沿溝道（原子之間的縫隙）運(yùn)動(dòng)并且很少受到原子核的碰撞，因此來自注入的離子的阻力作用要小得多，注入離子的能量損失率很低。在其他條件相同的情況下，很難控制注入離子的濃度分布，注入深度比正常注入更深，并使注入離子的分布產(chǎn)生一個(gè)很長(zhǎng)的拖尾，注入縱向分布峰值不符合高斯分布，這種現(xiàn)象類似于注入離子穿越晶體隧道，因此叫隧道效應(yīng)。

圖 離子注入的隧道效應(yīng)和傾角注入抑制隧道效應(yīng)

從隧道效應(yīng)的解釋來看，這不是一個(gè)好的效應(yīng)。也有人會(huì)提出，為什么不利用溝道效應(yīng)做深結(jié)注入？主要有2個(gè)原因，第一是離子入射方向不可能完美與晶圓的晶向平行，第二是產(chǎn)生隧道效應(yīng)的離子數(shù)量較少且不受控制，無法定量產(chǎn)生一個(gè)深結(jié)注入。

圖 隧道效應(yīng)和符合高斯分布的離子注入離子濃度與深度曲線

了解了隧道效應(yīng)，我們就很容易理解為什么離子注入要傾角。因?yàn)樽⑷敕较蚝途A有一定傾角后，注入離子與晶圓內(nèi)部的原子碰撞概率提高，而抑制了隧道效應(yīng)的產(chǎn)生。那為什么一定是7°傾角呢？如果傾角過大，帶膠注入時(shí)，離子被光刻膠部分遮擋，形成較大的陰影區(qū)，造成實(shí)際注入?yún)^(qū)域與設(shè)計(jì)區(qū)域有一定的偏差。如果傾角過小，不能很好解決隧道效應(yīng)，還易造成雙峰分布。所以，結(jié)合理論和經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際工藝過程中會(huì)選擇7°角作為離子注入入射角度。

圖 注入角度過大造成的陰影區(qū)

那么除了7°角，還有哪些方法可以抑制溝道效應(yīng)呢？實(shí)際工藝過程中，還會(huì)在注入之前，在硅表面熱氧化一層10nm的氧化硅薄層，因?yàn)檠趸杈Ц窠Y(jié)構(gòu)與硅不同，在進(jìn)入硅內(nèi)部之前打亂離子注入的方向，增加隨機(jī)性。這是最常用的辦法，因?yàn)楸砻娴难趸枞菀兹コ?。還有一種同理的方法，是硅表面非晶化，采用定向能量離子束轟擊硅表面，使單晶硅預(yù)非晶化，破壞硅片表面晶體結(jié)構(gòu)。

審核編輯：劉清