离子注入：集成电路制造的关键工艺

第六章的主题是“横向分布-集成电路制造技术——原理与工艺”中的关键知识点聚焦于离子注入，这是微电子工艺中一项重要的表面处理技术。离子注入是一种非平衡过程，它利用电场加速带电离子（如原子或分子），并将它们注入目标材料（靶）的表面层，从而改变其物理和化学性质，常用于半导体工业中的掺杂，以控制电子器件的性能。 6.1 概述部分介绍了离子注入的特点，包括： - 精确控制掺杂剂量（从10^11到10^17 cm^-2）和注入能量（5-500 keV），实现杂质浓度的精准分布。 - 注入过程中杂质的平面分布高度均匀，即使在大面积晶圆上也只有±1%的变异。 - 无需考虑固溶度限制，可以实现浅结低浓度或深结高浓度掺杂。 - 离子选择性高，通过质量分析器保证纯度，能量单一。 - 低温操作避免了高温过程中的热扩散问题，并适用于化合物半导体掺杂。 - 纵向效应相较于气固相扩散更小，有助于减小器件尺寸。 - 尽管有缺陷产生和可能的非晶化风险，但通过退火可以改善，不过这需要额外的工艺步骤。 - 离子注入设备复杂且成本较高，存在高压和有毒气体等安全考量。 6.2 离子注入原理部分涉及几个关键概念： - 射程（R）和投影射程（Xp）：描述了离子在靶内的运动轨迹。 - 射程分布的参数，如平均投影射程（Rp）、标准偏差（Straggling，用ΔRp表示）和横向标准偏差（Traverse straggling，用ΔR表示）。 - LSS理论：1963年由Lindhard、Scharff和Schiott提出的理论，解释了非晶态靶中离子注入射程分布的规律，这个理论对于理解离子在靶内的行为至关重要。 6.3-6.6 分别讨论了离子在靶中的分布、注入损伤、退火以及离子注入设备和工艺的具体内容。这些内容深入探讨了如何优化离子注入过程以适应不同应用场景的需求，并确保产品质量。 6.7 离子注入的其它应用部分可能会提到离子注入在诸如半导体器件制造、太阳能电池、光电子器件等领域中的实际应用和扩展用途。 第六章详尽阐述了离子注入的原理、工艺条件控制、效应以及其在现代微电子工业中的重要作用，为理解集成电路制造技术提供了核心知识。