离子注入中的剂量和浓度的关系

对器件设计工程师来讲，注入的浓度往往是关心的要素，什么样的浓度对应什么样的方阻，器件仿真参数输入的是浓度，通过DSIMS测出来的也是浓度和深度的关系。所以，常常会出现这样的情况：做设计的告诉做工艺的，我要某个浓度的注入，做工艺的反问做设计的要剂量，因此双方经常不能谈论到一起。

之所以谈不到一起，就缺一个注入深度。

剂量是单位衬底表面积获得的离子数量，单位是ion·cm^-2，实际工程表达中ion常常省略，表示为cm^-2。浓度是单位衬底体积分布的离子数量，单位是cm^-3。我们简单的举个例子，现在有100个离子，注入到1cm²的区域，那么剂量就是100cm^-2。那么浓度呢？如果结深是1μm，那么浓度就是100cm^-3；如果结深是2μm，那么浓度就是50cm^-3。所以，你看到注入深度越深，意味着注入浓度就会较小，浓度=剂量/结深。

实际的注入，所有的离子不可能停在一个深度，我们所说浓度-深度高斯分布曲线中，某个深度下的浓度是这个深度下单位体积的离子数。

那么结深又是对应哪个深度？它对应的不是高斯分布的最高值，也不是离子注入的总射程。它是形成PN结的位置，有一个较为复杂的计算公式，有兴趣的可以自行查找，反应到高斯分布图大致的位置是最高浓度的100-1000分之一浓度对应的位置。如图，最高浓度为2.5E21cm^-3，结深的浓度为5E18cm^-3，对应的位置是结深10nm。

那么，又什么影响结深呢？结深取决于离子的质量、能量，衬底原子的质量以及离子入射方向与晶向之间的关系。离子注入能量越高，离子注入的深度越深，离子注入能量的大小可以通过调节加速电压和离子种类来实现。注入能量介于1eV到1MeV之间，注入结深平均可达10nm~10um。

目前离子注入分布计算软件有TCAD，SRIM等，设计人员可根据软件先对注入分布进行仿真，再确定实际是注入剂量、能量和角度等工艺参数。