Q：在进行离子注入工艺时，入射方向需要倾斜一个角度，一般偏离晶面法线7°到10°之间，这是为什么呢？

 

A：在离子注入工艺中会遇到这两种效应：横向效应与沟道效应

 

横向效应

 

离子注入的横向效应是指在注入过程中，离子不仅会在垂直方向（纵向）渗透，还会在水平方向（横向）发生扩散的现象。这种横向扩散是由于注入的离子与晶体中原子发生碰撞，导致离子轨迹发生散射，从而在水平方向上产生分布。横向效应会显著影响平面MOS器件的有效沟道长度，进而影响器件性能。

 

横向效应的强度与注入离子的种类和能量密切相关：离子的能量越高，横向扩散越显著；离子的种类不同，其与晶体原子的相互作用也会导致不同的横向扩散特性。通常而言，离子质量越小越容易扩散，例如B和As对比，同等能量下B的横向扩散更大。因此，在设计和优化离子注入工艺时，需要综合考虑横向效应的影响，以确保器件的性能和可靠性。

 

沟道效应

 

离子注入的隧道效应和倾角注入抑制隧道效应

 

沟道效应（也称为隧道效应）。由于单晶硅的晶格原子排列整齐，在某些特定角度下存在许多通道。当离子以这些特定角度注入时（例如垂直时），离子与原子核的碰撞减少，仅需较低能量即可深入晶格，形成所谓的“沟道效应”。沟道效应会导致离子穿透更深，难以设计和控制注入深度和分布。

 

了解了沟道效应，我们就很容易理解为什么离子注入要倾角。因为注入方向和晶圆有一定倾角后，注入离子与晶圆内部的原子碰撞概率提高，而抑制了隧道效应的产生。

 

注入角度过大造成的阴影区，shadow effect

 

那为什么一定是7°倾角呢？如果倾角过大，带光刻胶注入时，离子被光刻胶部分遮挡，形成较大的阴影区，也称之为 shadow effect（胶越厚，倾斜角度越大，阴影越严重，阴影区域=PR THK * tan），造成实际注入区域与设计区域有一定的偏差。如果倾角过小，不能很好解决隧道效应，还易造成双峰分布。

 

所以，理论结合实践，实际工艺过程中大都会选择7°角作为离子注入入射角度。

 

还有哪些方法可以抑制沟道效应呢？

 

1.倾斜晶圆（Tilted Wafer）

 

将晶圆相对于离子束运动方向倾斜一个角度，使离子与晶格发生碰撞，从而减少沟道效应。对于（100）晶向的晶圆，倾斜角度通常为7°。

 

角度选择：具体倾斜角度需根据晶向、工艺要求和设备条件综合确定。例如，深结注入和LDD（轻掺杂漏极）注入的角度要求可能不同。

 

2.氧化层（Screen Oxide）

 

在晶圆表面覆盖一层薄的氧化层（通常为二氧化硅），用于散射和阻挡部分离子，从而减少沟道效应。

 

3.预非晶化（Pre-Amorphous Implantation)

 

在主要注入之前，先注入少量高能量离子（如Ge），使晶圆表面形成非晶化层。非晶化层可以破坏晶格结构，从而减少沟道效应。

 

Reference:

1. 半导体器件物理与工艺.

 

 

来源：十二芯座

关键词： 芯片