最後更新:2026年10月8日離子佈植・熱處理離子佈植・熱處理中國大陸:PAI(预非晶化注入)

PAI(預非晶化佈植)是什麼

Pre-Amorphization Implant (PAI)

PAI(預非晶化佈植)是在摻雜物佈植之前,先打入鍺等電中性的重離子,刻意使表面層成為非晶質的前處理。由於晶軸本身被消除,通道效應在原理上不會發生,退火時藉由固相磊晶成長(SPE),即使在低溫下也能得到高活化率。代價是在界面處會殘留EOR缺陷,因此必須將非晶層設計得比接面更深。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

PAI(Pre-Amorphization Implant:預非晶化佈植)是在佈植摻雜物之前,先打入鍺(Ge)或矽(Si)等電中性的重離子,刻意使表面層成為非晶質的前處理。目的在於讓後續的摻雜物佈植不產生通道效應,並提高活化率。

通道效應是離子沿著晶軸的空隙穿過的現象,因此只要先破壞晶體結構,它就不會發生。只要以PAI使表面非晶化,接著佈植的硼等摻雜物在深度方向就會呈現單純的高斯分布,得到淺而陡峭的接面分布。這比依賴傾斜角更確實,在高深寬比結構中想避免遮蔽效應時也較有利。

在活化方面也有效果。非晶化的層在退火時會以下方的晶體為晶種,藉由SPE(Solid Phase Epitaxy:固相磊晶成長)在低溫下回復為晶體。在這個再結晶過程中,摻雜物原子會被納入晶格位置,因此能在比一般更低的溫度下得到高活化率,有助於降低熱預算。

另一方面,PAI也有代價。非晶層與下方晶體的界面附近會聚集過量的間隙矽原子,退火後仍會以差排環的形式殘留為EOR(End of Range)缺陷。這個缺陷層若落在接面的空乏區內,就會成為接面漏電流的原因,因此必須讓非晶層的深度比接面足夠深(把缺陷放在空乏區之外)。

在先進邏輯的淺接面形成中,結合PAI、摻雜物佈植、尖峰退火或閃光/雷射退火的一連串配方已成為標準。之所以使用Ge,是因為它與矽同族,不會造成汙染,而且較重,能有效率地非晶化。

PAI(預非晶化佈植)的常見問題

PAI為什麼使用鍺?
因為它與矽同為14族元素、電性中性,不會造成汙染,而且質量重,能有效率地破壞晶體使其非晶化。重點在於選擇不會成為摻雜物的元素,有時也會打入矽本身。
PAI為什麼能提高活化率?
非晶化的層在退火時會以下方晶體為晶種,藉由固相磊晶成長(SPE)再結晶,在這個過程中摻雜物原子會被納入晶格位置。因此能在比一般更低的溫度下得到高活化率,也有助於降低熱預算。
EOR缺陷是什麼?
即End of Range缺陷,是間隙矽原子聚集在非晶層與下方晶體界面附近所形成的差排環。退火後仍會殘留,這個缺陷層若落在接面的空乏區內,就會成為接面漏電流的原因。因此必須讓非晶層比接面更深,把缺陷放在空乏區之外。

相關設備・材料

比較文章

所屬主題