离子注入是现代半导体制造中最核心的掺杂技术之一,其通过将加速后的离子束注入到硅晶圆等材料中,实现对掺杂浓度与分布的精准控制。
在这项技术中,7°角注入几乎成为一个标准工艺设定。
那么,为什么离子注入工艺中要采用大约7度的倾斜角?
这个角度的选择背后,并不是“拍脑袋”定的,而是结合了晶体物理、设备工艺窗口、掺杂均匀性与器件可靠性等多方面的考量。
01 0°角下的晶体通道效应(Channeling Effect)
硅等晶体材料具有高度有序的原子排列,当离子束恰好沿晶体方向(如[100]、[110])注入时,离子可能沿着原子间的“通道”穿行而非与原子发生随机碰撞。
这种通道效应会显著提升离子的穿透深度,使得掺杂不均、深度无法控制,甚至穿透到有源区以下,造成器件击穿或性能异常。
02 大于10°的注入
大于10度的注入,容易造成注入均匀性差,尤其在8英寸或12英寸晶圆中难以控制掺杂分布的一致性。
倾角越大,离子束的“影子效应”越明显,金属掩膜(如硬掩膜)边缘可能遮挡离子,造成掺杂死角。
角度过大时,会在掩膜边缘形成异常掺杂轮廓,影响后续图形保真度。
03 7°角的来源与历史实践
早期的研究表明:为了最大限度抑制通道效应,只需让离子束与晶体主轴偏离一个“足够小但有效”的角度即可。
通过数十年大量工艺试验、模拟仿真(如TRIM、SRIM)及器件特性验证,发现5°~9°之间的倾斜角度可以显著削弱通道效应,而7°是最具普适性和平衡性的选择。
既可以抑制channeling effect,又不会因角度过大引起注入深度横向分布太宽,而且还有助于设备校准和标准化。
因此,7度角不是一个神秘的数字,而是经过材料物理、设备工程和工艺实践三重验证的“黄金折中值”,是现代离子注入技术中对精度、均匀性与可靠性三者平衡的最优点。
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