一文解析离子注入的沟道效应

本文介绍了离子注入的沟道效应。

沟道效应，英文名Channeling Effect，是离子注入工序中非常重要的一种效应，对于杂质的分布影响很大。

什么是沟道效应？

沟道效应是指在晶体材料中，注入的离子沿着晶体原子排列较为稀疏的方向穿透得比预期更深的现象。

为什么会产生沟道效应？ 首先，要理解什么是晶体。 在晶体材料中，原子以规则的晶格形式排列，某些特定晶向上的原子排列间隙较大，当离子沿着这些晶向注入时，它们遇到的碰撞最少，穿透的距离更深；当注入的离子不沿着晶格的低密度方向，离子在进入晶体材料时会遇到更多的原子碰撞。这些碰撞会导致离子失去能量，那么，离子将在接近表面的区域内停留下来，形成较浅的掺杂剖面。

沟道效应对离子注入的影响？ 掺杂深度与分布与设计预期不符 沟道效应虽然可以使注入离子穿行的更远，但是注入的深度却是不可控的。所有的离子离子束不是完美地完全平行于沟道。许多离子注入衬底后会发生许多次核碰撞，只有少数一些会进入很深的距离，这样注入的深度有的深有的浅，很不均匀。 器件的一致性降低 在晶体管等半导体器件中，掺杂剂的分布直接影响到器件的关键性能指标，例如开关特性、阈值电压、载流子迁移率等。因此不均匀的掺杂深度与分布，导致器件的一致性，稳定性降低。

怎么避免沟道效应的影响？ 一般有三种方式，调整离子注入角度。 什么是注入角度？ 离子注入角度是指离子束相对于晶圆表面法线的倾斜角度。 常见的注入角度是多少？为什么？ 通过调整离子注入的角度，使离子的入射方向与晶格沟道不对齐，可以显著减少沟道效应。常见的做法是将注入角度设为晶面法线的7度到10度之间，这有助于打乱离子的路径，减少沿通沟穿透的概率。另一方面又可保证注入的深度与减少离子注入的阴影效应。 表面无序化处理 在顶部沉积非晶材料，如氧化硅。氧化硅必须非常薄，大概在十几个纳米左右。这样可以改变离子注入过程中的局部结构环境。非晶态薄膜由于其无序的原子排列，没有晶格沟道，因此可以有效地打乱进入离子的路径，降低其沿晶格沟道直接穿透到深层的可能性。 注入前无定形处理 通过预先注入某些轻离子（如氢或氦），在晶格中引入缺陷，这些缺陷可以作为散射中心，减少后续掺杂离子的沟道穿透。

审核编辑：黄飞