离子注入涉及到的隧道效应为什么需要7°角？

介绍了离子注入涉及到的隧道效应以及为什么需要7°角。         

回答这个问题，首先我们要了解一个概念：隧道效应。  

隧道效应，又称沟道效应，对晶圆进行离子注入时，当注入离子的方向与晶圆的某个晶向平行时，其运动轨迹将不再是无规则的碰撞，而是将沿沟道（原子之间的缝隙）运动并且很少受到原子核的碰撞，因此来自注入的离子的阻力作用要小得多，注入离子的能量损失率很低。在其他条件相同的情况下，很难控制注入离子的浓度分布，注入深度比正常注入更深，并使注入离子的分布产生一个很长的拖尾，注入纵向分布峰值不符合高斯分布，这种现象类似于注入离子穿越晶体隧道，因此叫隧道效应。

图 离子注入的隧道效应和倾角注入抑制隧道效应  

从隧道效应的解释来看，这不是一个好的效应。也有人会提出，为什么不利用沟道效应做深结注入？主要有2个原因，第一是离子入射方向不可能完美与晶圆的晶向平行，第二是产生隧道效应的离子数量较少且不受控制，无法定量产生一个深结注入。

图 隧道效应和符合高斯分布的离子注入离子浓度与深度曲线

了解了隧道效应，我们就很容易理解为什么离子注入要倾角。因为注入方向和晶圆有一定倾角后，注入离子与晶圆内部的原子碰撞概率提高，而抑制了隧道效应的产生。那为什么一定是7°倾角呢？如果倾角过大，带胶注入时，离子被光刻胶部分遮挡，形成较大的阴影区，造成实际注入区域与设计区域有一定的偏差。如果倾角过小，不能很好解决隧道效应，还易造成双峰分布。所以，结合理论和经验，实际工艺过程中会选择7°角作为离子注入入射角度。

图 注入角度过大造成的阴影区

那么除了7°角，还有哪些方法可以抑制沟道效应呢？实际工艺过程中，还会在注入之前，在硅表面热氧化一层10nm的氧化硅薄层，因为氧化硅晶格结构与硅不同，在进入硅内部之前打乱离子注入的方向，增加随机性。这是最常用的办法，因为表面的氧化硅容易去除。还有一种同理的方法，是硅表面非晶化，采用定向能量离子束轰击硅表面，使单晶硅预非晶化，破坏硅片表面晶体结构。  

审核编辑：刘清