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Q：在進行離子注入工藝時，入射方向需要傾斜一個角度，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遇到這兩種效應：橫向效應與溝道效應

橫向效應

離子注入的橫向效應是指在注入過程中，離子不僅會在垂直方向（縱向）滲透，還會在水平方向（橫向）發生擴散的現象。這種橫向擴散是由于注入的離子與晶體中原子發生碰撞，導致離子軌跡發生散射，從而在水平方向上產生分布。橫向效應會顯著影響平面MOS器件的有效溝道長度，進而影響器件性能。

橫向效應的強度與注入離子的種類和能量密切相關：離子的能量越高，橫向擴散越顯著；離子的種類不同，其與晶體原子的相互作用也會導致不同的橫向擴散特性。通常而言，離子質量越小越容易擴散，例如B和As對比，同等能量下B的橫向擴散更大。因此，在設計和優化離子注入工藝時，需要綜合考慮橫向效應的影響，以確保器件的性能和可靠性。

溝道效應

離子注入的隧道效應和傾角注入抑制隧道效應

溝道效應（也稱為隧道效應）。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。當離子以這些特定角度注入時（例如垂直時），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”。溝道效應會導致離子穿透更深，難以設計和控制注入深度和分布。

了解了溝道效應，我們就很容易理解為什么離子注入要傾角。因為注入方向和晶圓有一定傾角后，注入離子與晶圓內部的原子碰撞概率提高，而抑制了隧道效應的產生。

注入角度過大造成的陰影區，shadow effect

那為什么一定是7°傾角呢？如果傾角過大，帶光刻膠注入時，離子被光刻膠部分遮擋，形成較大的陰影區，也稱之為 shadow effect（膠越厚，傾斜角度越大，陰影越嚴重，陰影區域=PR THK * tan），造成實際注入區域與設計區域有一定的偏差。如果傾角過小，不能很好解決隧道效應，還易造成雙峰分布。

所以，理論結合實踐，實際工藝過程中大都會選擇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呢？

1.傾斜晶圓（Tilted Wafer）

將晶圓相對于離子束運動方向傾斜一個角度，使離子與晶格發生碰撞，從而減少溝道效應。對于（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晶向、工藝要求和設備條件綜合確定。例如，深結注入和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。

3.預非晶化（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構，從而減少溝道效應。

Reference:

1. 半導體器件物理與工藝.