离子注入上讲义.ppt

* 第三章 离子注入 (上篇) ■ 概述 ■ 离子注入工艺设备及其原理 ■ 射程与入射离子的分布 ■ 实际的入射离子分布问题 ■ 注入损伤与退火 ■ 离子注入工艺的优势与限制 离子注入(Ion lmplantation) 参考资料： 《微电子制造科学原理与工程技术》第5章离子注入 (电子讲稿中出现的图号是该书中的图号) ■ 离子注入工艺是IC制造中占主导的掺杂技术 ■ 离子注入：将杂质离化，通过电场加速，将这些离化 的杂质直接打入硅片中，达到掺杂的目的 ■ 一般CMOS工艺流程需6～12次离子注入 ■ 典型的离子注入工艺参数：能量约5～200keV， 剂量约1011～1016/cm2。 一、概述 （一）介绍 （二）MOSFET工艺中的离子注入 (1) 离子源——杂质离子的产生 (2) 加速管——杂质离子的加速 (3) 终端台——离子的控制 二、离子注入工艺设备及其原理 1、离子注入技术的三大基本要素： (1) 离子的产生 (2) 离子的加速 (3) 离子的控制 2、离子注入系统的三大组成部分： ■ 气态源： (或固体源) BF3 AsH3 PH3 SiH4 H2 ■ 放电室：低气压、分解离化气体 BF3 ? B，B+，BF2+，F+， …… ■ 引出狭缝：负电位，吸引出离子 （1）离子源： ? 离子束流量(最大mA量级) ? 吸极电压Vext：约15～30KV， 决定引出离子的能量(速度) 产生杂质离子 ■ 出口狭缝：只允许一种(m/q)的离子离开分析仪 （2）质量分析器： ■ 分析磁铁：磁场方向垂直于离子束的速度方向 离子运动路径： 离子运动速率： 质量m+?m的离子产生的位移量 选择注入所需的杂质成分(B+) ■ 静电透镜：离子束聚焦 ■ 静电加速器：调节离子能量 ■ 静电偏转系统：滤除中性粒子 加速离子，获得所需能量；高真空(10-6 Torr) （3）加速管： ? 静电光栅扫描：适于中低束流机 ? 机械扫描：适于强束流机 ■ 剂量控制 ? 法拉第杯：捕获进入的电荷， 测量离子流 ? 注入剂量： 当一个离子的荷电态为m时， 注入剂量为： （4）终端台： 控制离子束扫描和剂量 图5.5 两种注入机扫描系统 ■ 离子束扫描 ■ 杂质离子种类：P+，As+，B+，BF2+，P++，B++，… ■ 注入能量(单位：Kev) —— 决定杂质分布深度和形状 ■ 注入剂量(单位：原子数/cm2) —— 决定杂质浓度 ■ 束流(单位：mA或uA) —— 决定扫描时间 ■ 注入扫描时间(单位：秒) —— 决定注入机产能 当剂量固定时，束流越大，扫描时间越短，机器产能越高 扫描时间太短，会影响注入的均匀性(一般最短扫描时间l0s) （5）离子注入工艺控制参数 （6）杂质剂量与杂质浓度的关系 ■ 高能离子进入靶材料后，与靶原子核及其电子碰撞，损失 能量，发生散射，最后停止下来。 ■ 离子在靶中的行进路线及其停止位置是随机的。 ■ 射程R：离子在靶中行 进的总距离 ■ 垂直投影射程Rp：离 子射程在靶深度轴上 的投影距离 ■ 垂直投影射程偏差△Rp： Rp的标准偏差 三、射程与入射离子的分布 1、射程的概念 ■ 核碰撞：入射离子与靶原子核碰撞，因二者质量为同一数 量级，因此一次碰撞可使离子损失较多能量(Sn)， 且可能发生大角度散射。有时还引发连续碰撞。 ■ 入射离子能量损失： 2、入射离子能量损失机制 ■ 电子碰撞：入射离子与核外电子碰撞，因质量相差很大，因 此每次碰撞离子损失很少能量(Se)，且都是小角 度散射。 图5.8 常见杂质的Sn和Se与注入能量的关系 ■ 核阻滞 当能量较低时，E ?，Sn ? ； 当能量较高时，E ?，Sn ?； Sn在某能量处有最大值。 在重离子、低能量注入条 件下占主导 ■ 电子阻滞 ． 在轻离子