预非晶化就是:在正式注入硼等掺杂元素之前,先用离子轰击硅表面,把浅层硅原本有序的晶格打乱,形成一层非晶硅。主要目的是抑制后续注入的“晶向沟道效应”,避免部分掺杂离子跑得过深。
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1. “非晶化”是什么意思?
- 单晶硅:原子具有长程有序的排列。
- 非晶硅:原子失去这种长程有序排列,但仍然是固体,并不是把硅熔化了。
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“预”表示这一步安排在目标掺杂注入之前;例如,先进行 Ge 预非晶化注入,再注入 Boron。
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2. 为什么要先把晶格打乱?
单晶硅沿某些晶向存在比较通畅的原子间通道。如果入射离子沿这些方向运动,受到的碰撞较少,就可能深入硅内部,使注入浓度曲线出现较长的深部尾巴。这叫 channeling,即晶向沟道效应,不是 MOSFET 的导电沟道。
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预非晶化破坏了浅层中的有序通道,使后续注入更容易获得浅、可控的掺杂分布,因此常用于超浅结工艺。
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可以类比为:原本排列整齐的树林存在笔直的通路;打乱排列后,就不容易沿直线穿得很远。
3. 实际工艺怎么做?
典型流程是:
- 预非晶化注入:用 Ge 或 Si 离子产生足够的晶格损伤,使硅表层非晶化。
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- 掺杂注入:再注入 Boron 等目标杂质,利用非晶层抑制深部沟道尾巴。
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- 退火:让非晶层重新结晶,并促进掺杂活化;这个过程需要控制残余缺陷,并不是“打乱后就完全没有代价”。
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因此,预非晶化只是中间工艺状态,不是希望最终沟道一直保持非晶。
4. 和你命令里的 pai 有什么关系?
implant Boron energy=230 dose=1.0e13 tilt=0 rot=135 pai
这里的 pai 是 SProcess 的预非晶化相关注入模型选项。
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但要区分:
- 真实工艺中的 PAI:确实进行预先的离子轰击,形成非晶层。
- 命令中的
pai:指定本次注入使用相关模型;不能仅凭这个关键字,就认为脚本自动额外执行了一次 Ge 注入。
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你这行明确指定的注入元素仍然只有 Boron。至于当前结构是否已有非晶层、深度是多少,以及 pai 在你所用版本中的具体处理,需要结合前序注入和模型设置判断,不能只看这一行。