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Q：在進(jìn)行離子注入工藝時(shí)，入射方向需要傾斜一個(gè)角度，一般偏離晶面法線7°到10°之間，這是為什么呢？

A：在離子注入工藝中會(huì)遇到這兩種效應(yīng)：橫向效應(yīng)與溝道效應(yīng)

橫向效應(yīng)

離子注入的橫向效應(yīng)是指在注入過(guò)程中，離子不僅會(huì)在垂直方向（縱向）滲透，還會(huì)在水平方向（橫向）發(fā)生擴(kuò)散的現(xiàn)象。這種橫向擴(kuò)散是由于注入的離子與晶體中原子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致離子軌跡發(fā)生散射，從而在水平方向上產(chǎn)生分布。橫向效應(yīng)會(huì)顯著影響平面MOS器件的有效溝道長(zhǎng)度，進(jìn)而影響器件性能。

橫向效應(yīng)的強(qiáng)度與注入離子的種類和能量密切相關(guān)：離子的能量越高，橫向擴(kuò)散越顯著；離子的種類不同，其與晶體原子的相互作用也會(huì)導(dǎo)致不同的橫向擴(kuò)散特性。通常而言，離子質(zhì)量越小越容易擴(kuò)散，例如B和As對(duì)比，同等能量下B的橫向擴(kuò)散更大。因此，在設(shè)計(jì)和優(yōu)化離子注入工藝時(shí)，需要綜合考慮橫向效應(yīng)的影響，以確保器件的性能和可靠性。

溝道效應(yīng)

離子注入的隧道效應(yīng)和傾角注入抑制隧道效應(yīng)

溝道效應(yīng)（也稱為隧道效應(yīng)）。由于單晶硅的晶格原子排列整齊，在某些特定角度下存在許多通道。當(dāng)離子以這些特定角度注入時(shí)（例如垂直時(shí)），離子與原子核的碰撞減少，僅需較低能量即可深入晶格，形成所謂的“溝道效應(yīng)”。溝道效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致離子穿透更深，難以設(shè)計(jì)和控制注入深度和分布。

了解了溝道效應(yīng)，我們就很容易理解為什么離子注入要傾角。因?yàn)樽⑷敕较蚝途A有一定傾角后，注入離子與晶圓內(nèi)部的原子碰撞概率提高，而抑制了隧道效應(yīng)的產(chǎn)生。

注入角度過(guò)大造成的陰影區(qū)，shadow effect

那為什么一定是7°傾角呢？如果傾角過(guò)大，帶光刻膠注入時(shí)，離子被光刻膠部分遮擋，形成較大的陰影區(qū)，也稱之為 shadow effect（膠越厚，傾斜角度越大，陰影越嚴(yán)重，陰影區(qū)域=PR THK * tan），造成實(shí)際注入?yún)^(qū)域與設(shè)計(jì)區(qū)域有一定的偏差。如果傾角過(guò)小，不能很好解決隧道效應(yīng)，還易造成雙峰分布。

所以，理論結(jié)合實(shí)踐，實(shí)際工藝過(guò)程中大都會(huì)選擇7°角作為離子注入入射角度。

還有哪些方法可以抑制溝道效應(yīng)呢？

1.傾斜晶圓（Tilted Wafer）

將晶圓相對(duì)于離子束運(yùn)動(dòng)方向傾斜一個(gè)角度，使離子與晶格發(fā)生碰撞，從而減少溝道效應(yīng)。對(duì)于（100）晶向的晶圓，傾斜角度通常為7°。

角度選擇：具體傾斜角度需根據(jù)晶向、工藝要求和設(shè)備條件綜合確定。例如，深結(jié)注入和LDD（輕摻雜漏極）注入的角度要求可能不同。

2.氧化層（Screen Oxide）

在晶圓表面覆蓋一層薄的氧化層（通常為二氧化硅），用于散射和阻擋部分離子，從而減少溝道效應(yīng)。

3.預(yù)非晶化（Pre-Amorphous Implantation)

在主要注入之前，先注入少量高能量離子（如Ge），使晶圓表面形成非晶化層。非晶化層可以破壞晶格結(jié)構(gòu)，從而減少溝道效應(yīng)。

Reference:

1. 半導(dǎo)體器件物理與工藝.