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    • 注入過程中,二者在離子穿透能力上表現(xiàn)出明顯區(qū)別:
    • 注入后對(duì)半導(dǎo)體材料的影響也存在差異:
    • 總結(jié):
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離子注入中,BF2和B注入有什么差異?

05/21 11:55
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半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,離子注入作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),通過將特定離子加速并引入目標(biāo)材料,精準(zhǔn)地改變材料的物理、化學(xué)或電學(xué)特性。其中,硼(B)及其化合物離子注入在調(diào)節(jié)半導(dǎo)體電學(xué)性能方面發(fā)揮著重要作用,BF?和 B 注入在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出諸多差異。

從離子源特性來看:

B 離子注入相對(duì)直接,源物質(zhì)主要為硼元素相關(guān)材料,如硼烷等,電離后直接形成 B 離子束。而 BF?離子注入的離子源更為復(fù)雜,需使用含 BF?等化合物的氣體,通過電離產(chǎn)生 BF?離子。這一差異使得離子源的設(shè)計(jì)、維護(hù)及離子產(chǎn)生效率有所不同,BF?離子源由于涉及多原子離子的產(chǎn)生,在保證離子純度和穩(wěn)定性方面面臨更大挑戰(zhàn)。

注入過程中,二者在離子穿透能力上表現(xiàn)出明顯區(qū)別:

由于 BF?離子質(zhì)量比 B 離子大,在相同注入能量下,BF?離子的速度相對(duì)較慢,穿透深度較淺。根據(jù)離子射程理論,離子穿透深度與離子質(zhì)量、能量以及靶材料性質(zhì)相關(guān)。例如在硅基半導(dǎo)體中,同等注入能量為 100keV 時(shí),B 離子的平均穿透深度可達(dá)數(shù)十納米,而 BF?離子的穿透深度可能僅為十幾納米。這種穿透深度的差異決定了它們?cè)诓煌雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用場(chǎng)景,B 離子更適合需要較深摻雜的情況,如形成深阱區(qū);BF?離子則常用于淺結(jié)制造,以滿足超大規(guī)模集成電路中對(duì)淺表層精確摻雜的需求。

BF?離子注入最大的優(yōu)點(diǎn)是形成淺結(jié),這是基于質(zhì)量分配假設(shè):?BF?離子注入時(shí),不同粒子得到的能量與其質(zhì)量成正比,B原子質(zhì)量數(shù)為10.8,BF2分子質(zhì)量數(shù)為 48.8,二者之比為 0.22,當(dāng)?BF?離子注入能量為90Kev時(shí),B離子分得的能量為19.8Kev=90*0.22),這樣可以在較高的注入能量下,得到低能量B離子注入的效果。當(dāng)然也可以直接作低能量的B離子注入,但這樣束流太小,故一般不采用。

注入后對(duì)半導(dǎo)體材料的影響也存在差異:

B 離子注入后,直接作為三價(jià)雜質(zhì)原子,在硅晶格中替代硅原子位置,形成 P 型半導(dǎo)體特性,其引入的空穴載流子濃度與注入劑量直接相關(guān)。而 BF?離子注入后,除了硼原子貢獻(xiàn)摻雜效果外,氟原子的存在會(huì)對(duì)半導(dǎo)體晶格產(chǎn)生額外影響。氟原子具有較強(qiáng)的電負(fù)性,它可以與硅原子形成化學(xué)鍵,起到鈍化晶格缺陷的作用,減少載流子散射,一定程度上提高載流子遷移率。在一些先進(jìn)半導(dǎo)體工藝中,利用 BF?離子注入來改善器件的電學(xué)性能,特別是在對(duì)載流子遷移率要求較高的晶體管制造中。

從工藝成本角度考慮,BF?離子注入由于其離子源復(fù)雜、對(duì)設(shè)備要求更高,且在注入過程中需要更精確的控制以確保 BF?離子的完整性,所以總體工藝成本相對(duì)較高。而 B 離子注入工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,成本較為低廉。這使得在滿足性能要求的前提下,B 離子注入在一些對(duì)成本敏感的應(yīng)用場(chǎng)景中更具優(yōu)勢(shì),而 BF?離子注入則用于對(duì)性能有嚴(yán)苛要求、愿意承受較高成本的高端半導(dǎo)體制造。

總結(jié):

在半導(dǎo)體制造中,BF?和 B 離子注入在離子源特性、穿透深度、對(duì)材料影響及工藝成本等方面存在顯著差異,工程師需根據(jù)具體的器件設(shè)計(jì)要求和工藝目標(biāo),合理選擇合適的離子注入方式,以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的半導(dǎo)體性能和經(jīng)濟(jì)效益。

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