Chapter 5： Ion Implantation
离子注入工艺原理
离子注入工艺原理离子注入（Ion Implantation）是一种常用的半导体加工技术，通过将选择性的离子注入到半导体材料中，来改变其电学性质，实现各种功能。
离子注入工艺原理可以分为三个主要步骤：离子产生，离子加速以及离子注入。
首先，离子产生是离子注入过程的第一步。
离子源是离子加速的关键，通常使用离子源来产生所需的离子种类。
离子源有许多类型，包括离子脱附（sputtering）源、电离源（ionization）或者离子化（ionized）源等。
其中较为常见的是离子脱附源，通过将砷、硼等半导体材料投放在高能量粒子（如氩离子）中，来脱离砷或硼原子产生相应离子。
这些离子会进一步被加速，并被注入到半导体材料中。
接下来，是离子加速的过程。
离子会通过一种电场来加速，通常是一个加速器。
这个电场可以是一个电势差，通过与离子之间形成的电场将离子加速到高能量。
在离子注入中，通常使用的是加速电势差。
离子源中的离子在电场的作用下，获得足够的能量，从而达到所需的注入深度。
最后，是离子注入的过程。
一旦离子获得足够的能量，它们会进入到半导体材料中，并通过对材料进行注入来改变其电学性质。
离子注入的深度可以通过加速电压和荷质比等参数来控制，通过调整参数可以实现不同深度的注入。
离子注入技术的原理在于将特定的离子种类注入到半导体材料中，从而改变其性质。
原子尺寸的改变可以影响材料的电学、磁学和光学性质。
例如，将掺杂硼离子注入到硅材料中可以将其掺杂变成P类型半导体，而将掺杂磷离子注入到硅材料中可以将其掺杂变成N类型半导体。
这种通过离子注入调整材料性质的能力，使得离子注入成为了半导体工业中不可或缺的一部分。
离子注入工艺有许多应用，包括集成电路制造和半导体器件制造。
通过离子注入，可以改变材料的导电性、控制晶体中的通道形成、增加或改变半导体材料中的杂质等。
这对于集成电路芯片和其他电子元件的设计和制造至关重要，使其具有所需的电学性质和性能。
总之，离子注入工艺通过离子源的产生、离子加速和离子注入等步骤，将特定的离子注入到半导体材料中，从而改变其性质。
冶金专业英语词汇（I）
冶金专业英语词汇（I）i bar 工字铁i beam 工字钢i iron 工字铁i steel 工字铁ice point 冰点ideal diameter 理想直径ideal fluid 理想铃ideal gas 理想气体ideal lattice 理想晶格ideal quenching 理想淬火ideal solution 理想溶液idiomorphic crystal 自形结晶idle roll 空转辊ignitability 可燃性igniter 点火器ignition 点火ignition alloy 发火合金ignition furnace 点火炉ignition loss 灼烧损失ignition point 着火点ignition temperature 着火温度ignitron 水银整淋ilmenite 钛铁矿ilmenorutile 黑金红石ilvaite 黑柱石immersed arc 埋弧immersion coating 浸镀immersion plating 浸入电镀immersion test 浸没试验immersion type thermocouple 浸入式热电偶immiscibility 不溶混性immovable bed 固定层impact 冲击impact bend test 冲讳曲试验impact extrusion 冲环压impact load 冲缓载impact resistance 冲昏力impact screen 冲桓impact sintering 冲徽结impact strength 冲豢度impact stress 冲沪力impact test 冲辉验impact test piece 冲辉件impact testing machine 冲辉验机impact toughness 冲煌性impact value 冲坏impeller agitator 桨叶式搅拌机imperfect combustion 不完全燃烧imperfect dislocation 不完全位错imperfection 缺陷impermeability 不渗透性impregnated skeleton 浸渍骨架impression 压痕impulse forming 脉冲成形impulse hardening 冲徊化impulsive load 冲缓载impurity 杂质impurity atom 杂质原子impurity element 杂质元素inactive gas 惰性气体incidental element 杂质元素incipient crack 初裂inclined grate 斜炉栅inclined roll straightening machine 斜辊矫直机inclined throat shears 斜口剪切机inclusion 夹杂物inclusion cleanliness 夹杂物清结度inclusion line 夹杂物线inclusion morphology 夹杂物形态学inclusion stringer 线状夹杂物inclusions floating 夹杂物浮游inclusions source 夹杂物源incoherent boundary 非共格边界incoherent precipitate 非共格沉淀incombustibility 不燃性incomplete annealing 局部退火incomplete austenitizing 部分奥氏体化incomplete combustion 不完全燃烧incomplete fusion 不完全焊透incomplete penetration 不完全焊透incomplete quenching 不完全淬火incompressibility 不可压缩性incompressible fluid 不可压缩铃inconel 因科内尔镍铬铁耐热耐蚀合金incubation period 孕育期incubation time 孕育时间indentation 压痕indentation hardness 压痕硬度indentation method 压痕法independent component 独立组分indianite 埃洛石indicator element 指示元素indicolite 蓝电气石indigolite 蓝电气石indirect analysis 间接分析indirect arc furnace 间接电弧炉indirect reduction 间接还原indirect sintering 间接烧结indirect spot welding 单面点焊indissolubility 不溶性indium 铟indium chloride 氯化铟individual drive 单独传动individual particle 单颗粒individually driven roller 单独传动辊induced draught 吸入通风induction 感应induction brazing 感应钎接induction coil 感应线圈induction furnace 感应炉induction hardening 高频率淬火induction heating 感应加热induction quenching 高频率淬火induction stirring 电磁搅拌induction welding 感应焊接induction welding mill 感应焊管机inductor 感应器industrial alloy 工业合金industrial furnace 工业炉industrial iron 工业铁industrial waste water 工业污水industrial water 工业用水inert arc welding 惰性气体保护电焊inert atmosphere 惰性气氛inert electrode 惰性电极inert gas 惰性气体inertia 惯性inertia moment 惯性矩inertial force 惯性力infection 腐蚀影响infeed accumulator 入口贮料坑infiltrated composite material 溶浸复合材料infiltration 渗透;溶浸infiltration alloy 溶浸合金infiltration by overlay 叠置熔浸infiltration material 熔浸材料infinite fiber 连续纤维inflammability 可燃性inflammation 发火inflection 弯曲inflexion 弯曲inflexion point 回折点infrared pyrometer 红外线高温计infrared radiation 红外线辐射infrared rays 红外线infrared thermometry 红外线测温infusibility 不熔性infusorial earth 硅藻土ingate 浇口ingot 钢锭ingot bleeding 漏钢ingot bogie 送锭车ingot buggy 送锭车ingot butt 钢锭尾部ingot carrier 送锭车ingot casting 铸锭ingot corner segregation 钢锭角偏析ingot dogs 夹锭钳ingot head 钢锭头部ingot mold 锭模ingot pit 均热炉ingot pouring 铸锭ingot pusher 钢锭推出机ingot scalping 钢锭扒皮ingot shell 锭壳ingot stool 底盘ingot stripper 脱模机ingot stripping 脱模ingot structure 钢锭组织ingot tilting device 翻锭机ingot tipper 翻锭机ingot tongs 夹锭钳ingot tumbler 翻锭机ingot turner 钢锭转盘ingot turning device 钢锭转盘ingot yard 钢锭堆场ingotism 师状巨晶ingotting 铸块inherent grain size 固有晶粒度inhibitor 抑制剂;抗氧化剂inhomogeneity 不均质性inhomogeneity of structure 组织不均匀性inhomogeneous system 非均匀系initial creep 初蠕变initial hardness 初始硬度initial permeability 起始磁导率initial section 初始轧断面initial temperature of rolling 初始轧制温度initiation of crack 裂化开始injection 喷射injection burner 喷射烧嘴injection metallurgy 喷吹冶金injection molding 射压造型injection nozzle 喷嘴injector 喷射器inlet guide 进口导板inlet pipe 进气管inlet roll cone 进口辊圆锥inlet valve 进气阀inner cover 内罩inoculant 变质孕育剂inoculant alloy 球化剂合金inoculated cast iron 孕育铸铁inoculation 变质处理inoperative pass 闭口式孔型inorganic salt 无机盐inred process inred 加速还原法insert 垫insert die 插入模inside flash 内焊瘤inside weld 内焊缝insolubility 不溶性insoluble anode 不溶性阳极insoluble residue 不溶残渣insoluble salt 不溶性盐inspection 检查inspection hole 检查孔inspection skid 检查台inspissation 蒸浓instability 不稳定性installation 设备instantaneous cooling rate 瞬时冷却速度instantaneous heating rate 瞬时加热速度instantaneous strain 瞬间应变instrumental analysis 仪浦析instrumental error 仪企差insulating brick 隔热砖insulating layer 绝缘层insulating material 绝缘材料insulating refractory 隔热耐火材料insulation 绝缘insulator 绝缘体intake valve 进气阀integral quantity 积分热力学量integrated iron and steel works 钢铁联合工厂intensity 强度intensive quantity 强度量intensive reduction process inred 加速还原法interaction 相互酌interaction parameter 相互酌参数interannealed wire 中间退火线材interatomic distance 原子间距离interatomic spacing 原子间距离interchangeability 互换性interchangeable converter 可换转炉interchangeable vessel 可换转炉intercommunicating porosity 连通孔隙度intercooler 中间冷却器intercritical annealing 临界区退火intercrystalline brittleness 晶间脆性intercrystalline corrosion 晶间腐蚀intercrystalline crack 晶间裂纹intercrystalline failure 晶间破裂intercrystalline fracture 晶间断裂intercrystalline slip 晶界滑动interdendritic attack 枝晶间腐蚀interdendritic segregation 枝晶间偏析interdiffusion 相互扩散interelectrode distance 电极间距离interface 界面interface reaction 界面反应interfacial energy 界面自由能interfacial friction 边界摩擦interfacial tension 界面张力interfacial zone 界面区interference 干涉interference microscopy 干涉显微方法intergranular corrosion 晶间腐蚀intergranular crack 晶间裂纹intergranular failure 晶间破裂intergranular fracture 晶间断裂;晶间断口intergranular oxidation 晶间氧化intergranular structure 晶间组织intergrowth of crystals 结晶共生interlamellar spacing 层间距intermediate annealing 中间退火intermediate compound 中间化合物intermediate group 中间轧机组intermediate heating 中间加热intermediate layer 中间层intermediate mill 中间轧机intermediate phase 中间相intermediate product 中间产物intermediate reaction 中间反应intermediate roll 中间辊intermediate softening 中间退火intermediate stand 中间机架intermediate table 中间辊道intermediate train 中间轧机组intermetallic compound 金属间化合物intermittent arc 断续电弧intermittent fillet welding 间歇式角焊intermittent seam welding 断续滚焊intermittent weld 间断焊缝intermittent welding 间断焊internal chill 内冷铁internal coat 内部涂覆internal crack 内裂internal defect 内部缺陷internal displacement 内部位移internal energy 内能internal friction 内摩擦internal oxidation 内部氧化internal pressure 内压力internal resistance 内电阻internal strain 内应变internal stress 内应力interparticle spacing 粒子间距interphase 中间相;界面interphase boundary 相间边界interplanar spacing 晶面间距interrupted aging 阶段时效interrupted cooling 断续冷却interrupted quenching 断续淬火interstage annealing 中间退火interstand space 机座间距离interstand tension 机座间张力interstice 晶格原子间隙interstitial 间隙原子interstitial atom 间隙原子interstitial diffusion 间隙扩散interstitial element 间隙元素interstitial impurity 间隙杂质interstitial phase 间隙相interstitial site 间隙位置interstitial solid solution 间隙固溶体interval 区间intracrystalline rupture 穿晶断裂intrinsic energy 内藏能量intrinsic stacking fault 内巽错introduction of dummy bar 引锭杆插入invar 因瓦合金invariant system 不变系inverse annealing 倒逆退火inverse chill 反白口inverse segregation 反偏析inverted extrusion 反挤压investment casting 熔模铸造;熔模铸件investment molding 蜡模造型investment pattern 蜡模iodide 碘化物iodide refining 碘化物精炼iodine 碘ion activity 离子活度ion association 离子缔合ion bombardment 离子轰击ion concentration 离子浓度ion density 离子密度ion exchange 离子交换ion exchange capacity 离子交换能力ion exchange chromatography 离子交换色层法ion exchange column 离子交换柱ion exchange method 离子交换法ion exchange reaction 离子交换反应ion exchange resin 离子交换尸ion exchange separation 离子交换分离ion exchanger 离子交换剂ion implantation 离子注入ion mobility 离子迁移率ion nitriding 离子氮化ion pair 离子偶ion product 离子积ion radius 离子半径ionic bond 离子键ionic compound 离子化合物ionic conduction 离子传导ionic conductivity 离子传导性ionic crystal 离子晶体ionic lattice 离子晶格ionic linkage 离子键ionic migration 离子迁移ionic theory 离子学说ionic valency 离子价ionite membrane 离子交换膜ionization 电离ionization constant 电离常数ionization energy 电离能ionization equilibrium 电离平衡ionization heat 电离热ionization potential 电离势ionization state 电离状态ionization voltage 电离电压ionized atmosphere 离子气氛ionized layer 电离层iridium 铱iridium oxide 氧化铱iridosmine 铱锇合金iron 铁iron and steel industry 黑色冶金iron and steel scrap 废钢铁iron carbide 碳化铁iron carbon alloy 铁碳合金iron carbon diagram 铁碳状态图iron carbonate ore 铁碳酸盐矿石iron constantan thermocouple 铁铜镍热电偶iron foundry 铸适厂iron glance 镜铁矿iron loss 铁氧化损失;铁损iron manufacture 炼铁iron meteorites 铁陨石iron mine 铁矿山iron notch 出铁口iron ore 铁矿石iron ore briquette 铁矿石团块iron ore concentrate 铁精矿iron ore prereduction 铁矿石预还原iron ore sinter 铁矿石烧结矿iron pattern 铁模iron pipe 铁管iron powder 铁粉iron powder electrode 铁粉焊条iron protoxide 氧化亚铁iron runner 龙沟iron rust 铁锈iron sand 铁砂iron shot 铁丸iron wire 铁丝iron yield 铁收得率ironing 展薄拉伸ironmaking 炼铁ironstone 铁矿石ironworks 钢铁冶金工厂irradiation creep 辐照蠕变irradiation damageing 辐照损伤irradiation defect 辐照缺陷irradiation embrittlement 辐照脆化irradiation hardening 辐照硬化irregular powder 不规则状粉irregular section 变截面型材irregularity 不规则性irreversibility 不可逆性irreversible adsorption 不可逆吸着irreversible change 不可逆变化irreversible process 不可逆过程irreversible reaction 不可逆反应irrigated precipitator 湿式电收尘器ishikawaite 铁铌钇矿isobar 等压线isobaric change 等压变化isobaric line 等压线isochoric process 等容过程isochronal annealing 等时退火isolation 隔离isolator 绝缘体isomer 异构体isomerism 异构性isomorphism 同晶型isopotential surface 等位面isostatic mold 等静压模isostatic pressing 等静压制isothermal 等温线isothermal annealing 等温退火isothermal bath 等温浴isothermal change 等温变化isothermal curve 等温线isothermal extrusion 等温挤压isothermal forging 等温锻造isothermal growth 等温生长isothermal hardening 等温淬火isothermal heat treatment 等温热处理isothermal process 等温过程isothermal quenching 等温淬火isothermal section 等温截面isothermal sintering 等温烧结isothermal tempering 等温回火isothermal transformation 等温转变isothermal transformation curve 等温转变曲线isotope 同位素isotopic indicator 同位素指示剂isotopic tracer 同位素指示剂isotropic body 蛤同性体isotropy 蛤同性ixiolite 锰钽矿izod test 艾氏冲辉验。
Ion implantation
离子注入深度
2 M 1M 2 ∆R p ≈ Rp 3 M1 + M 2
1. 离子注入靶中，其射程是一条十分曲折的路径； 离子注入靶中， 射程是一条十分曲折的路径 是一条十分曲折的路径； 2. 但在微电子工艺中，所关注的是射程在靶片法线方向上的 但在微电子工艺中， 则是投影射程的标准偏差 标准偏差， 投影长度， 投影射程R 投影长度，叫投影射程 p；△Rp则是投影射程的标准偏差， 反应了射程的分散宽度，也就是离子主要分布在Rp 反应了射程的分散宽度， 也就是离子主要分布在Rp±△Rp 范围内。 范围内。
微电子工艺学
第五章 离子注入 Ion Implantation
离子注入定义
定义：将掺杂剂通过离子注入机的离化、 定义 ： 将掺杂剂通过离子注入机的离化 、 加速和质量分析， 加速和质量分析 ， 形成一束由所需杂质 离子组成的高能离子流， 离子组成的高能离子流 ， 打入半导体晶 片内部， 片内部 ， 并通过逐点扫描完成对整块晶 片的注入。 片的注入。 离子注入的设想始于20世纪 年代， 世纪50年代 离子注入的设想始于 世纪 年代， 年代进入实用阶段。 于70年代进入实用阶段。 年代进入实用阶段
2 MVext 1 M r= 2 Vext ⇒ B = 2 B q q×r 2 × 28 ×1.67 ×10 × 20000 = −19 2 1.6 × 10 × 0.3 = 0.36T
−27
离子注入的过程
1. 从离子注入机中出来的高能离子投射到靶 的表面，绝大部分离子会进入靶内。 的表面，绝大部分离子会进入靶内。 2. 进入靶内的离子不断遭受靶原子的阻挡作 用而逐步损失能量，最终能量耗尽， 用而逐步损失能量，最终能量耗尽，停止 在靶内某处。 在靶内某处。
Ion Implantation离子注入
Hong Xiao, Ph. D.
Comparison of Implantation and Diffusion
Diffusion Ion Implantation
High temperature, hard mask Isotropic dopant profile Cannot independently control of the dopant concentration and junction depth Batch process
Low temperature, photoresist mask Anisotropic dopant profile Can independently control of the dopant concentration and junction depth Both Batch and single wafer process
Hong Xiao, Ph. D. /HongXiao/Boo k.htm 14
Misalignment of the Gate
Metal Gate Gate Oxide Metal Gate
n-Si
p+ S/D Aligned
n-Si
p+ S/D Misaligned
Chapter 8 Ion Implantation
Hong Xiao, Ph. D. hxiao89@
/HongXiao/Book.htm
Hong Xiao, Ph. D. /HongXiao/Boo k.htm 1
/HongXiao/Boo k.htm 2
Hong Xiao, Ph. D.
Ion Implantation
• • • • • Introduction Safety Hardware Processes Summary
第五章离子注入_572605374
x j = Rp + ΔRp
2 ln⎜⎜⎝⎛
1
φ ⎟⎞
2π ΔRp N B ⎟⎠
（假设0 ≤ x ≤ Rp时，均有N(x) > NB）
23
实际的入射离子分布问题
沟道效应 横向分布 复合靶注入
24
沟道效应：在单晶靶中，当离子速度方向平行于主晶轴时，有 部分离子可能会行进很长距离，造成较深的杂质分布。
深度为Rp时的离子浓度为最大值： Cp =
Q
2π ΔRp
离子浓度沿硅片深度的积分就是注入剂量：
∫∞
Q = N (x)dx = 0
2π ΔRpCp
16
200KeV implants
17
一个任意的杂质分布可用一系列的矩来描述：归一化的一次矩是投影射 程，二次矩是标准偏差，三次矩是偏斜度；四次矩是峭度。
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：
Dose =
1 A
∫
I q
dt
当一个离子的荷电态为m时，
∫ 注入剂量为 Dose =
1
I dt
mA q
两种注入机扫描系统
9
离子注入工艺控制参数
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μA）—— 决定扫描时间
注入损伤阈值剂量：
超过某一剂量注入后，形成完全 损伤，晶体的长程有序被破坏。
半导体行业专业英语名词解释
缺陷分析软件
157
SEM
（SCANNING ELECTRON MICROSCOPE）
电子显微镜
158
SELECTIVITY
选择性
159
SILICIDE
硅化物
160
SILICIDE
金属硅化物
161
SILICON
硅
162
SILICON NITRIDE
氯化硅
使用期限(寿命)
122
OXYGEN
氧气
123
P31
磷
124
PARTICLE CONTAMINATION
尘粒污染
125
PARTICLE COUNTER
尘粒计数器
126
PASSIVATION OXIDE（P/O)
护层
127
P/D（PARTICLE DEFECT)
尘粒缺陷
128
PECVD
电浆CVD
129
PELLICLE
ACTIVE AREA比原在之氮化硅光罩所定义的区域小0。5UM.
2
ACTONE
丙酮
1.丙酮是有机溶剂的一种，分子式为CH3COCH3。
2.性质为无色，具刺激性及薄荷臭味之液体。
3.在FAB内之用途，主要在于黄光室内正光阻之清洗、擦拭。
4.对神经中枢具中度麻醉性,对皮肤粘膜具轻微毒性，长期接触会引起皮肤炎,吸入过量之丙酮蒸汽会刺激鼻、眼结膜及咽喉粘膜，甚至引起头痛、恶心、呕吐、目眩、意识不明等。
过滤
70
FIT（FAILURE IN TIME)
71
FOUNDRY
客户委托加工
72
第五章离子注入低温掺杂
• 当具有高能量的离子注入到固体靶面以后，这 些高能粒子将与固体靶面的原子与电子进行多 次碰撞，这些碰撞将逐步削弱粒子的能量，最 后由于能量消失而停止运动，形成一定的杂质 分布。
• 离子在硅体内的注入深度和分布状态与射入时 所加的电场强度、离子剂量、衬底晶向等有关
第五章离子注入低温掺杂
第五章离子注入ห้องสมุดไป่ตู้温掺杂
How can we form ultrashallow junction in today’s CMOS devices?
减少沟道效应的措施
目前常用的解决方法有三种 • （1）是将硅片相对注入的离子运动方向
倾斜一个角度，7度左右最佳； • （2）是对硅片表面铺上一层非结晶系的
（4）离子注入深度是随离子能量的增加而增加。 可精确控制掺杂浓度和深度
（5）根据需要可从几十种元素中挑选合适的N型或P型 杂质进行掺杂。能容易地掺入多种杂质
（6）离子注入时的衬底温度较低（小于600℃ ），这 样就可以避免高温扩散所引起的热缺陷。同时横向效 应比热扩散小得多。
（7）表面浓度不受固溶度限制，可做到浅结低浓度 或 深结高浓度。
• 通常，在离子剂量和轰击次数一致的前提下， 注入的深度将随电场的强度增加而增加。
• 用离子注入法形成的分布，其浓度最大值不 在硅片表面，而是在深入硅体一定距离。这 段距离大小与注入粒子能量、离子类型等有 关。
第五章离子注入低温掺杂
离子注入的杂质分布还与衬底晶向有关系。
离子注入的沟道效应
沟道效应（Channeling effect）
离子注入机分类
离子注入机按能量高低分为： 低能离子注入机 中能离子注入机 高能离子注入机 兆能离子注入机
离子直入装置用语
离子直入装置用语编号用语（英文/中文）用语说明D4401 Ion implanter离子注入机是指对具有运动能量的离子加以照射，为能将试料的物性加以控制的装置。
此一装置是由离子源，提取电极系统，质量分析系统，注入室等所构成。
D4402 Low energy ion implanter低能量离子注入机是指离子能量（1价离子）的最大值，在10Kev以下的离子注入装置。
编号用语（英文/中文）用语说明D4403Medium energy ion implanter中能量离子注入机是指离子能量（1价离子）的最大值，超过10Kev 而在250Kev以下的离子注入装置。
D4404 Low current ion implanter小电流离子注入机是指线束电流量的最大值，未超过0.5mA的离子注入装置。
D4405Medium current ion implante r中电流离子注入机是指线束电流量的最大值，在0.5mA ~ 5mA的离子注入装置。
D4406High current ion implanter 大电流离子植入机系指线速电流的最大值，在5Ma以上的离子植入装置。
D4407 High energy ion implante r 高能量离子植入机系指离子能量（1价离子）的最大值，超过250Kev 的离子植入装置。
D4410Ion source离子源系形成各种元素等离子体的部分。
因放电种类的不同，有直流型、高频波型以及微波型，目前最适用者为弗里曼型，系属于直流型。
此一离子源，系利用由磁场中的灯丝所放出的热电子，来形成离子。
D4411 Ion implantation离子植入，离子移植系指将被加速离子植入半导体基片的方法。
通常利用硼（B），磷(P)，砷(As)等离子，作为引进用杂质。
其控制性与再现性相当优异，被广泛用作取代以往的热扩散法，作为半导体基片的杂质导入法。
D4412 Ion beam离子束系指将无秩序状态的离子，加以控制而获得有方向性且步调一致的离子流。
chap4离子注入工艺
移位原子降低损伤区载流子的迁移率，少子寿 命缩短，产生缺陷的能级，从而影响器件的性能。
38
三、损伤区的分布
轻离子，电子碰撞为主， 靶原子位移小，晶格损伤少
39
重离子，原子碰撞为主， 靶原子位移大，晶格损伤大
40
四、非晶层的形成
41
． §4.4 热退火
退火：将注入离子的硅片在一定温度和真空或 氮、氩等高纯气体的保护下，经过适当时间的 热处理，部分或全部消除硅片中的损伤，少数 载流子的寿命及迁移率也会不同程度的得到恢 复。 电激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到 晶格位置，以便具有电活性，产生自由载流子， 起到杂质的作用。 分为普通热退火、硼的退火特性、磷的退火特 性、扩散效应、快速退火（包括脉冲激光法、 扫描电子束、连续波激光、非相干宽带频光源 （如卤光灯、电弧灯、石墨加热器、红外设备 等）。
15
§4.1核碰撞和电子碰撞
LSS理论:注入离子在靶内的能量损失分 为两个彼此独立的过程: (1)核碰撞 (2)电子碰撞 总能量损失为它们的和。
16
核碰撞和电子碰撞:
17
18
（一）、核阻止本领
能量为E的一个注入离子，在单位密 度靶内运动单位长度时，损失给靶原子 核的能量。
19
32
(四）浅结的形成
浅结工艺是目前集成电路发展中最为关心的工 艺之一。 预先非晶化是一种实现浅结的比较理想的方法。 1.选择利用硅上介质层作为扩散源，作为扩散 源的硅化物工艺 2.不用离子注入机，利用辉光放电作为离子源 形成超浅结。离子能量可以极低，离子束流很 大不会出现发散效应。
集成电路制造论文
离子注入掺杂对ZnO薄膜性能的影响The influence of ion implantation on the ZnO thin film姓名:郝秀秀西安电子科技大学摘要氧化锌(ZnO)是一种重要的宽禁带(室温下Eg--3．37eV)直接带隙半导体材料。
离子注入是将具有高功能的掺杂离子引入到半导体中的一种工艺．其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型.本论文是利用离子注入技术进行掺杂和热退火处理ZnO薄膜改性。
利用溶胶凝胶方法在石英玻璃衬底上制备了ZnO薄膜，将能量56 keV、剂量1×10"cm-2的Zn离子注入到薄膜中。
离子注入后，薄膜在500～900℃的氩气中退火，利用X射线衍射谱、光致发光谱和光吸收谱研究了离子注入和退火对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。
结果显示：衍射峰在约700℃退火后得到恢复；当退火温度小于600℃时，吸收边随着退火温度的提高发生蓝移，超过600℃时，吸收边随着退火温度的提高发生红移。
关键词：ZnO薄膜；离子注入；退火温度；吸收；光致发光。
ABSTRACTZinc oxide (ZnO) is a kind of important wide forbidden band (Eg at room temperature-3.37 eV) direct bandgap semiconductor materials. Ion implantation iswill have high function into thedopingisemiconductor process. The aim is to change the charge carriers concentration and semiconductor conductive type.The present paper is using ion implantation technology and thermal annealing processing doped ZnO thin film modification. Using sol-gel method in quartz glass substrates gel preparation ZnO films, the energy 56 keV, dose 1 X 10 "cm-2 of Zn ion implantation to film. Ion implantation, film in 500 ~ 900 ℃ in the argon annealing, X-ray diffraction spectrum, the light spectrum and light absorption spectrum to send the ion implantation and annealing ZnO thin film on the influence of the structure and optical properties.The results showed that: about 700 ℃ in the diffraction peak after annealingrestoration; When the annealing temperature is less than 600 ℃, the temperature of the annealing edge with absorb blue to move, raise happen more than 600 ℃, the temperature of the edge with absorption annealing improve red shift occurred.Keywords: ZnO films; Ion implantation; Annealing temperature; Absorption; The light to shine.引言作为宽禁带半导体材料，ZnO近年来引起了广泛的研究兴趣。
第五章离子注入H-1
第五章 离子注入 ULSI 工艺原理
16
离子束的剂量测量
Faraday cup
+ Ions
- Voltage
Secondary Electrons
Wafer
Current Meter
Integrator
(7-4)
I
Q
Dose =
# ions cm 2
=
I ·t Area ·zq
设质量M，荷电zq(z是离子荷电数，q是电子电荷量)和能 量E的离子束，通过扫描和光圈限定面积A，定义剂量D 与积分电荷量Q(库仑)的关系：
在强电场中加速，获 得较高的动能后，射 入材料表层（靶）
以改变这种材料表层 的物理或化学性质
第五章 离子注入 ULSI 工艺原理
2
离子注入优点
各种杂质浓度分布与注入浓度可通过控制掺杂 剂量 (1011-1016cm-2)和能量(10-200KeV)来达到
掺杂均匀(1% variation across 8’’ wafer) 横向分布大大小于扩散方法 表面浓度不受固溶度限制，可做到浅结低浓度 或深结
第五章 离子注入 ULSI 工艺原理
8
离子注入系统的组成
a) 源(Source)：在半导体应用中，为了操作方便， 一般采用气体源，如 BF3, BCl3, PH3, ASH3等如 用固体或液体做源材料，一般先加热，得到它 们的蒸汽，再导入放电区。
b) 离子源（Ion Source) 灯丝(filament)发出的自由 电子在电磁场作用下，获得足够的能量后撞击 分子或原子，使它们电离成离子，再经吸极吸 出，由初聚焦系统聚成离子束，射向磁分析器
range) z 射程分布 平均投影射程Rp 标准偏差ΔRp 横向标准偏差ΔR⊥
离子注入
原理
等离子体基离子注入PBⅡ装置示意图离子注入技术又是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表 面改性技术。其基本原理是：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发 生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和 性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。 此项技术由于其独特而突出的优点，已经 在半导体材料掺杂，金属、陶瓷、高分子聚合物等的表面改性上获得了极为广泛的应用，取得了巨大的经济效益 和社会效益。
集成电路前道制程中有许多光刻层之后的工艺是离子注入（ion implantation），这些光刻层被称为离子注 入光刻层（implant layers）。离子注入完成后，晶圆表面的光刻胶必须被清除掉，清除离子注入后的光刻胶是 光刻工艺中的一个难点。
优势
高能离子注入的优势 多样性：原则上任何元素都可以作为注入离子；形成的结构可不受热力学参数（扩散、溶解度等）限制； 不改变：不改变工件的原有尺寸和粗糙度等；适合于各类精密零件生产的最后一道工序； 牢固性：注入离子直接和材料表面原子或分子结合，形成改性层，改性层和基底材料没有清晰的界面，结合 牢靠，不存在脱落的现象； 不受限：注入过程在材料温度低于零下、高到几百上千度都可以进行；可对那些普通方法不能处理的材料进 行表面强化，如塑料、回火温度低的钢材等；
(2)热挤压和注塑模具，可使能耗降低20%左右，延长使用寿命10倍左右；
(3)精密运动耦合部件，如抽气泵定子和转子，陀螺仪的凸轮和卡板，活塞、轴承、齿轮、涡轮涡杆等，可 大幅度地降低摩擦系数，提高耐磨性和耐蚀性，延长使用寿命最多可以达到100倍以上；
(4)挤压合成纤维和光导纤维的精密喷嘴，可以大大提高其抗磨蚀性和使用寿命；
胡壮麟《语言学教程》第五章Meaning
Associative Meaning
Collocative meaning
Thematic meaning
10
(1) Conceptual meaning
Also called ‘denotative’ or ‘cognitive’ meaning.
Refers to logical, cognitive or denotative content.
13
14
Step mother
15
16
17
(3) Social meaning
What a piece of language conveys about the social circumstances of its use.
Dialect: the language of a geographical region or of a social class.
That words ‘have meaning’ means only that they are used in a certain way in a sentence. There is no ‘meaning’ beyond the meaning of individual words and sentences.
Any characteristic of the referent, identified subjectively or objectively, may contribute to the connotative meaning of the expression which denotes it.
You’re a vicious tyrant and a villainous reprobate, and I hate you for it!
Ion Implantation(离子注入)
2 2
Face Centered Cubic (100) Face Centered Cubic (111)
Ion Implantation •離子與電子的撞擊：
離子與電子間為庫倫交互作用
力，可視為非彈性碰撞。
吸收
離子能量的電子可能處於激態
或脫離原子束縛而形成二次電
子。
當激態電返回基態便會釋
放能量，可能會以光形式或熱
形式釋放。
Channeling Effect
通道效應：
半導體製程上，進入離子植入的固體靶為結晶矽，所以晶片原子的排列就有一方式。
如果植入的離子正好行經矽的週期排列中，而導致離子沒有和矽原子發生碰撞，離子將可以進入矽底材相當深的地方。
<111>
<100><110>
RTP and Furnace Annealing
Poly Si RTP Annealing Furnace Annealing
Poly Si
Si
Gate SiO 2Source/Drain Gate
Freeman型式Bernas型式
•利用直式電漿產生器產生離子，其結構如下所示，有Freeman及Bernas兩種。
Freeman為線型燈絲，Bernas為螺旋型燈絲。
其燈絲在於產生熱離化的電子以增加反應室中的電子濃度而增加電子與分子的碰撞機率。
磁鐵則是在於利用電磁力的作用使電子以螺旋方式運。
Ion Implantation
第5章离子注入离子注入是另一种对半导体进行掺杂的方法。
将杂质电离成离子并聚焦成离子束，在电场中加速而获得极高的动能后，注入到硅中（称为“靶”）而实现掺杂。
离子束的性质离子束是一种带电原子或带电分子的束状流，能被电场或磁场偏转，能在高压下加速而获得很高的动能。
离子束的用途掺杂、曝光、刻蚀、镀膜、退火、净化、改性、打孔、切割等。
不同的用途需要不同的离子能量E ，E < 10KeV，刻蚀、镀膜、E = 10 ~50KeV，曝光、E > 50KeV，注入掺杂离子束加工方式可分为1、掩模方式（投影方式）2、聚焦方式（扫描方式，或聚焦离子束（FIB）方式）掩模方式是对整个硅片进行均匀的地毯式注入，同时象扩散工艺一样使用掩蔽膜来对选择性区域进行掺杂。
扩散工艺的掩蔽膜必须是SiO2膜，而离子注入的掩蔽膜可以是SiO2膜，也可以是光刻胶等其他薄膜。
掩模方式用于掺杂与刻蚀时的优点是生产效率高，设备相对简单，控制容易，所以应用比较早，工艺比较成熟。
缺点是需要制作掩蔽膜。
聚焦方式的优点是不需掩模，图形形成灵活。
缺点是生产效率低，设备复杂，控制复杂。
实现聚焦方式的关键技术是1、高亮度小束斑长寿命高稳定的离子源；2、将离子束聚焦成亚微米数量级细束并使之偏转扫描的离子光学系统。
5.1 离子注入系统离子源：用于离化杂质的容器。
常用的杂质源气体有BF 3、AsH 3 和PH 3 等。
质量分析器：不同离子具有不同的电荷质量比，因而在分析器磁场中偏转的角度不同，由此可分离出所需的杂质离子，且离子束很纯。
加速器：为高压静电场，用来对离子束加速。
该加速能量是决定离子注入深度的一个重要参量。
中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分离中性原子。
聚焦系统：用来将加速后的离子聚集成直径为数毫米的离子束。
偏转扫描系统：用来实现离子束x、y方向的一定面积内进行扫描。
工作室：放置样品的地方，其位置可调。
一、离子源作用：产生所需种类的离子并将其引出形成离子束。
器件名词翻译
abrupt junction：突变结；Accumulation ：积累Aging：老化alignment：校准Anneal：退火avalanche breakdown：雪崩击穿back-gate：背栅ballistic transport：弹道输运；body Effect：体效应，衬底偏置效应，衬偏效应Bonding：键合breakdown：击穿Buried channels：埋沟cat’s whisker detector：触须式检波器channel length modulation：沟道长度调制；chip: 芯片computer-aided design (CAD)：计算机辅助设计CVD (chemical vapor deposition) ：化学气相淀积Dangling bond: 悬挂键dangling silicon bond ：悬挂键；deep submicrometer：深亚微米；degradation：退化；Degrade：退化dehydration：脱水Depletion-mode：耗尽型器件deposited uniformly：均匀淀积deposited uniformly：均匀淀积；development：显影DIBL (drain-induced barrier lowering)：漏至势垒降低效应；die: 裸片dielectric constant：介电常数dielectric constant：介电常数；Dielectric：电介质Diffusion：扩散DMOS (double-diffused MOS) ：双扩散MOSdopant：掺杂剂doping fluctuations：掺杂工艺的波动Drain：漏（区）Electrode：电极Electron affinity ：电子亲和能electron beam lithographic：电子束光刻Energy-bands：能带图Enhancement-mode：增强型EOT（equivalent oxide thickness）：等效氧化层厚度；epitaxial：外延；epitaxially grown 外延生长；etch stencil ：刻蚀模板etch：刻蚀Field oxide ：场氧化层Field oxide：场氧化层Flat-Band V oltage ：平带电压Flat-Band V oltage 平带电压floating body：体区浮置gate dielectric：栅介质gate stack：栅叠层GIDL (gate-induced drain leakage)：栅感应漏电效应；gradual-channel approximation：渐近沟道近似Hot Carriers Effect：热载流子效应hot-carrier effects: 热载流子效应；impact ionization：碰撞电离；induced electric field：感生电场Interconnection：互联interface state：表面态；-1interface states：界面态intrinsic Fermi level：本征费米能级inversion layer：反型层Ion Implantation：离子注入kinetic energy：动能；latch-up ：闩锁；latch-up：闩锁lattice vibration：晶格振动；LDD（lightly doped drain）：轻掺杂漏；leakage current：泄漏电流lithographic mask：光刻版；LOCOS（Local Oxidation of Silicon）：硅的局部氧化Mask：掩模Metallization：金属化Metallurgical junction：冶金结momentum：动量；MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)：场效应晶体管nano-scale：纳米级；nonvolatile devices：非挥发性器件nonvolatile devices：非挥发性器件oxidation furnace ：氧化炉Oxidation：氧化oxide charges：氧化层电荷Pattern: 样式，图形，集成电路设计中指版图phonons：声子；photolithography：光刻Photomasks：光学掩模photoresist strip：剥离光刻胶Photoresist：光刻胶，光致抗蚀剂Pinched-off ：夹断planar technology：平面工艺plasma etch ：等离子刻蚀Plasma：等离子Polysilicon：多晶硅Process ：工艺（过程）punch-through : 穿通PVD (physical vapor deposition)：金属物理气相淀积quantum confinement effect：量子限制效应；retrograde channel doping profile：retrograde channel doping profile：具有逆向（峰值不在表面处的）沟道掺杂分布salicide：自对准金属硅化物工艺scaling limit：按比例缩小的极限self-aligned：自对准SEM：扫瞄式电子显微镜（scanning electron microscope）series resistance：串联电阻sheet-resistance：薄层电阻，方块电阻short-channel effects：短沟道效应；short-channel effects：短沟效应silicide：金属硅化物SIMOX (separation by implantation of oxygen）：注氧隔离single-crystal ingot：单晶锭single-crystalline silicon：单晶硅；SOI ( Silicon On Insulator):绝缘层上的硅Source：源（区）space charge region：空间电荷区Spacer：侧墙Specification : 规格，规范Sputtering：溅射stepper : 专用步进曝光机Substrate ：衬底Subthreshold ：亚阈值subthreshold swing：亚阈摆幅subthreshold swing：亚阈值摆动；-2Surface scattering ：表面散射Technology ：技术，工艺thermal equilibrium：热平衡thermal oxidation process：热氧化工艺Threshold voltage：阈值电压tunnel：遂穿ULSI：甚大规模集成电路ultraviolet light: 紫外光Vacuum level ：真空能级vertical furnace ：井式炉VLSI：超大规模集成电路V olume charge：体电荷wafer：晶片Work function ：功函数abrupt junction：突变结；Accumulation ：积累Aging：老化alignment：校准Anneal：退火avalanche breakdown：雪崩击穿back-gate：背栅ballistic transport：弹道输运；body Effect：体效应，衬底偏置效应，衬偏效应Bonding：键合breakdown：击穿Buried channels：埋沟cat’s whisker detector：触须式检波器channel length modulation：沟道长度调制；chip: 芯片computer-aided design (CAD)：计算机辅助设计CVD (chemical vapor deposition) ：化学气相淀积Dangling bond: 悬挂键dangling silicon bond ：悬挂键；deep submicrometer：深亚微米；degradation：退化；Degrade：退化dehydration：脱水Depletion-mode：耗尽型器件deposited uniformly：均匀淀积deposited uniformly：均匀淀积；development：显影DIBL (drain-induced barrier lowering)：漏至势垒降低效应；die: 裸片dielectric constant：介电常数dielectric constant：介电常数；Dielectric：电介质Diffusion：扩散DMOS (double-diffused MOS) ：双扩散MOSdopant：掺杂剂doping fluctuations：掺杂工艺的波动Drain：漏（区）Electrode：电极Electron affinity ：电子亲和能electron beam lithographic：电子束光刻Energy-bands：能带图Enhancement-mode：增强型EOT（equivalent oxide thickness）：等效氧化层厚度；epitaxial：外延；epitaxially grown 外延生长；etch stencil ：刻蚀模板etch：刻蚀Field oxide ：场氧化层Field oxide：场氧化层-3Flat-Band Voltage ：平带电压Flat-Band Voltage 平带电压floating body：体区浮置gate dielectric：栅介质gate stack：栅叠层GIDL (gate-induced drain leakage)：栅感应漏电效应；gradual-channel approximation：渐近沟道近似Hot Carriers Effect：热载流子效应hot-carrier effects: 热载流子效应；impact ionization：碰撞电离；induced electric field：感生电场Interconnection：互联interface state：表面态；interface states：界面态intrinsic Fermi level：本征费米能级inversion layer：反型层Ion Implantation：离子注入kinetic energy：动能；latch-up ：闩锁；latch-up：闩锁lattice vibration：晶格振动；LDD（lightly doped drain）：轻掺杂漏；leakage current：泄漏电流lithographic mask：光刻版；LOCOS（Local Oxidation of Silicon）：硅的局部氧化Mask：掩模Metallization：金属化Metallurgical junction：冶金结momentum：动量；MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)：场效应晶体管nano-scale：纳米级；nonvolatile devices：非挥发性器件nonvolatile devices：非挥发性器件oxidation furnace ：氧化炉Oxidation：氧化oxide charges：氧化层电荷Pattern: 样式，图形，集成电路设计中指版图phonons：声子；photolithography：光刻Photomasks：光学掩模photoresist strip：剥离光刻胶Photoresist：光刻胶，光致抗蚀剂Pinched-off ：夹断planar technology：平面工艺plasma etch ：等离子刻蚀Plasma：等离子Polysilicon：多晶硅Process ：工艺（过程）punch-through : 穿通PVD (physical vapor deposition)：金属物理气相淀积quantum confinement effect：量子限制效应；retrograde channel doping profile：retrograde channel doping profile：具有逆向（峰值不在表面处的）沟道掺杂分布salicide：自对准金属硅化物工艺scaling limit：按比例缩小的极限self-aligned：自对准SEM：扫瞄式电子显微镜（scanning electron microscope）series resistance：串联电阻sheet-resistance：薄层电阻，方块电阻short-channel effects：短沟道效应；short-channel effects：短沟效应silicide：金属硅化物-4SIMOX (separation by implantation of oxygen）：注氧隔离single-crystal ingot：单晶锭single-crystalline silicon：单晶硅；SOI ( Silicon On Insulator):绝缘层上的硅Source：源（区）space charge region：空间电荷区Spacer：侧墙Specification : 规格，规范Sputtering：溅射stepper : 专用步进曝光机Substrate ：衬底Subthreshold ：亚阈值subthreshold swing：亚阈摆幅subthreshold swing：亚阈值摆动；Surface scattering ：表面散射Technology ：技术，工艺thermal equilibrium：热平衡thermal oxidation process：热氧化工艺Threshold voltage：阈值电压tunnel：遂穿ULSI：甚大规模集成电路ultraviolet light: 紫外光Vacuum level ：真空能级vertical furnace ：井式炉VLSI：超大规模集成电路V olume charge：体电荷wafer：晶片Work function ：功函数abrupt junction：突变结；Accumulation ：积累Aging：老化alignment：校准Anneal：退火avalanche breakdown：雪崩击穿back-gate：背栅ballistic transport：弹道输运；body Effect：体效应，衬底偏置效应，衬偏效应Bonding：键合breakdown：击穿Buried channels：埋沟cat’s whisker detector：触须式检波器channel length modulation：沟道长度调制；chip: 芯片computer-aided design (CAD)：计算机辅助设计CVD (chemical vapor deposition) ：化学气相淀积Dangling bond: 悬挂键dangling silicon bond ：悬挂键；deep submicrometer：深亚微米；degradation：退化；Degrade：退化dehydration：脱水Depletion-mode：耗尽型器件deposited uniformly：均匀淀积deposited uniformly：均匀淀积；development：显影DIBL (drain-induced barrier lowering)：漏至势垒降低效应；die: 裸片dielectric constant：介电常数dielectric constant：介电常数；Dielectric：电介质Diffusion：扩散DMOS (double-diffused MOS) ：双扩散MOSdopant：掺杂剂-5doping fluctuations：掺杂工艺的波动Drain：漏（区）Electrode：电极Electron affinity ：电子亲和能electron beam lithographic：电子束光刻Energy-bands：能带图Enhancement-mode：增强型EOT（equivalent oxide thickness）：等效氧化层厚度；epitaxial：外延；epitaxially grown 外延生长；etch stencil ：刻蚀模板etch：刻蚀Field oxide ：场氧化层Field oxide：场氧化层Flat-Band Voltage ：平带电压Flat-Band Voltage 平带电压floating body：体区浮置gate dielectric：栅介质gate stack：栅叠层GIDL (gate-induced drain leakage)：栅感应漏电效应；gradual-channel approximation：渐近沟道近似Hot Carriers Effect：热载流子效应hot-carrier effects: 热载流子效应；impact ionization：碰撞电离；induced electric field：感生电场Interconnection：互联interface state：表面态；interface states：界面态intrinsic Fermi level：本征费米能级inversion layer：反型层Ion Implantation：离子注入kinetic energy：动能；latch-up ：闩锁；latch-up：闩锁lattice vibration：晶格振动；LDD（lightly doped drain）：轻掺杂漏；leakage current：泄漏电流lithographic mask：光刻版；LOCOS（Local Oxidation of Silicon）：硅的局部氧化Mask：掩模Metallization：金属化Metallurgical junction：冶金结momentum：动量；MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)：场效应晶体管nano-scale：纳米级；nonvolatile devices：非挥发性器件nonvolatile devices：非挥发性器件oxidation furnace ：氧化炉Oxidation：氧化oxide charges：氧化层电荷Pattern: 样式，图形，集成电路设计中指版图phonons：声子；photolithography：光刻Photomasks：光学掩模photoresist strip：剥离光刻胶Photoresist：光刻胶，光致抗蚀剂Pinched-off ：夹断planar technology：平面工艺plasma etch ：等离子刻蚀Plasma：等离子Polysilicon：多晶硅Process ：工艺（过程）punch-through : 穿通PVD (physical vapor deposition)：金属物理-6气相淀积quantum confinement effect：量子限制效应；retrograde channel doping profile：retrograde channel doping profile：具有逆向（峰值不在表面处的）沟道掺杂分布salicide：自对准金属硅化物工艺scaling limit：按比例缩小的极限self-aligned：自对准SEM：扫瞄式电子显微镜（scanning electron microscope）series resistance：串联电阻sheet-resistance：薄层电阻，方块电阻short-channel effects：短沟道效应；short-channel effects：短沟效应silicide：金属硅化物SIMOX (separation by implantation of oxygen）：注氧隔离single-crystal ingot：单晶锭single-crystalline silicon：单晶硅；SOI ( Silicon On Insulator):绝缘层上的硅Source：源（区）space charge region：空间电荷区Spacer：侧墙Specification : 规格，规范Sputtering：溅射stepper : 专用步进曝光机Substrate ：衬底Subthreshold ：亚阈值subthreshold swing：亚阈摆幅subthreshold swing：亚阈值摆动；Surface scattering ：表面散射Technology ：技术，工艺thermal equilibrium：热平衡thermal oxidation process：热氧化工艺Threshold voltage：阈值电压tunnel：遂穿ULSI：甚大规模集成电路ultraviolet light: 紫外光Vacuum level ：真空能级vertical furnace ：井式炉VLSI：超大规模集成电路Volume charge：体电荷wafer：晶片Work function ：功函数abrupt junction：突变结；Accumulation ：积累Aging：老化alignment：校准Anneal：退火avalanche breakdown：雪崩击穿back-gate：背栅ballistic transport：弹道输运；body Effect：体效应，衬底偏置效应，衬偏效应Bonding：键合breakdown：击穿Buried channels：埋沟cat’s whisker detector：触须式检波器channel length modulation：沟道长度调制；chip: 芯片computer-aided design (CAD)：计算机辅助设计CVD (chemical vapor deposition) ：化学气相淀积Dangling bond: 悬挂键dangling silicon bond ：悬挂键；deep submicrometer：深亚微米；degradation：退化；Degrade：退化-7dehydration：脱水Depletion-mode：耗尽型器件deposited uniformly：均匀淀积deposited uniformly：均匀淀积；development：显影DIBL (drain-induced barrier lowering)：漏至势垒降低效应；die: 裸片dielectric constant：介电常数dielectric constant：介电常数；Dielectric：电介质Diffusion：扩散DMOS (double-diffused MOS) ：双扩散MOSdopant：掺杂剂doping fluctuations：掺杂工艺的波动Drain：漏（区）Electrode：电极Electron affinity ：电子亲和能electron beam lithographic：电子束光刻Energy-bands：能带图Enhancement-mode：增强型EOT（equivalent oxide thickness）：等效氧化层厚度；epitaxial：外延；epitaxially grown 外延生长；etch stencil ：刻蚀模板etch：刻蚀Field oxide ：场氧化层Field oxide：场氧化层Flat-Band Voltage ：平带电压Flat-Band Voltage 平带电压floating body：体区浮置gate dielectric：栅介质gate stack：栅叠层GIDL (gate-induced drain leakage)：栅感应漏电效应；gradual-channel approximation：渐近沟道近似Hot Carriers Effect：热载流子效应hot-carrier effects: 热载流子效应；impact ionization：碰撞电离；induced electric field：感生电场Interconnection：互联interface state：表面态；interface states：界面态intrinsic Fermi level：本征费米能级inversion layer：反型层Ion Implantation：离子注入kinetic energy：动能；latch-up ：闩锁；latch-up：闩锁lattice vibration：晶格振动；LDD（lightly doped drain）：轻掺杂漏；leakage current：泄漏电流lithographic mask：光刻版；LOCOS（Local Oxidation of Silicon）：硅的局部氧化Mask：掩模Metallization：金属化Metallurgical junction：冶金结momentum：动量；MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)：场效应晶体管nano-scale：纳米级；nonvolatile devices：非挥发性器件nonvolatile devices：非挥发性器件oxidation furnace ：氧化炉Oxidation：氧化oxide charges：氧化层电荷-8Pattern: 样式，图形，集成电路设计中指版图phonons：声子；photolithography：光刻Photomasks：光学掩模photoresist strip：剥离光刻胶Photoresist：光刻胶，光致抗蚀剂Pinched-off ：夹断planar technology：平面工艺plasma etch ：等离子刻蚀Plasma：等离子Polysilicon：多晶硅Process ：工艺（过程）punch-through : 穿通PVD (physical vapor deposition)：金属物理气相淀积quantum confinement effect：量子限制效应；retrograde channel doping profile：retrograde channel doping profile：具有逆向（峰值不在表面处的）沟道掺杂分布salicide：自对准金属硅化物工艺scaling limit：按比例缩小的极限self-aligned：自对准SEM：扫瞄式电子显微镜（scanning electron microscope）series resistance：串联电阻sheet-resistance：薄层电阻，方块电阻short-channel effects：短沟道效应；short-channel effects：短沟效应silicide：金属硅化物SIMOX (separation by implantation of oxygen）：注氧隔离single-crystal ingot：单晶锭single-crystalline silicon：单晶硅；SOI ( Silicon On Insulator):绝缘层上的硅Source：源（区）space charge region：空间电荷区Spacer：侧墙Specification : 规格，规范Sputtering：溅射stepper : 专用步进曝光机Substrate ：衬底Subthreshold ：亚阈值subthreshold swing：亚阈摆幅subthreshold swing：亚阈值摆动；Surface scattering ：表面散射Technology ：技术，工艺thermal equilibrium：热平衡thermal oxidation process：热氧化工艺Threshold voltage：阈值电压tunnel：遂穿ULSI：甚大规模集成电路ultraviolet light: 紫外光Vacuum level ：真空能级vertical furnace ：井式炉VLSI：超大规模集成电路Volume charge：体电荷wafer：晶片Work function ：功函数-9。
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Ion Source Extraction Electrode
Vacuum Pump Post Acceleration Electrode
Beam Line
Plasma Flooding System
Vacuum Pump Wafers
End Analyzer
22
Ion Source
• Hot tungsten filament emits thermal electron • Electrons collide with source gas molecules to dissociate and ionize • Ions are extracted out of source chamber and accelerated to the beamline • RF and microwave power can also be used to ionize source gas
Relative Beam Scan
Ion Implantation
• Used for atomic and nuclear research • Early idea introduced in 1950’s • Introduced to semiconductor manufacturing in mid-1970s. • Independently control dopant profile (ion energy) and dopant concentration (ion current times implantation time) • Anisotropic dopant profile • Easy to achieve high concentration dope of heavy dopant atom such as phosphorus and arsenic.
24
RF Ion Source
Dopant Gas
RF Coils + RF Plasma
Extraction Electrode Ion Beam
25
Microwave Ion Source
Microwave
Magnetic Coils
ECR Plasma
Magnetic Field Line
12
IBS research implanter- pre-ship
Applied Materials – Swift and Quantum series
Multi-wafer, mechanical scanning end-station
14
§5.3 Implantation Process
19
Control System
• • • • Ion energy, beam current, and ion species. Mechanical parts for loading and unloading Wafer movement to get uniform beam scan CPU board control boards
Low temperature, photoresist mask Anisotropic dopant profile Can independently control of the dopant concentration and junction depth Both Batch and single wafer process
0-200keV Source Gas Plasma Analyzing Magnet
Wafer
-Modern ion implanters were originally developed from particle accelerator technology, -Their energy range spans 100eV to several MeV ( a few nm’s to several microns in depth range), -The implantation is always followed by a thermal activation (600-1100oC).
– Control boards collect data from the systems, send it to CPU board to process, – CPU sends instructions back to the systems through the control board.
Ion Source
Vacuum Pump Electrical System
Beam Line Vacuum Pump
Wafers
Plasma Flooding System
End Analyzer
16
Gas System
• Special gas deliver system to handle hazardous gases • Special training needed to change gases bottles • Argon is used for purge and beam calibration
27
Extraction Assembly
Suppression Electrode Ion Source Plasma Ion Beam +
Extraction Power, up to 60 kV
Extraction Electrode
Top View
–
Suppression Power, up to 10 kV
17
Electrical System
• High voltage system
– Determine ion energy that controls junction depth
• High voltage system
– Determine ion energy that controls junction depth
23
Ion Source
Source Gas or Vapor
Arc Power ~ 120 V Tungsten Filament Anti-cathode
+
Filament Power, 0-5V, up to 200A Plasma Magnetic Field Line Source Magnet
20
Beamline
• • • • • • Ion source Extraction electrode Analyzer magnet Post acceleration Plasma flooding system End analyzer
21
Ion Beam Line
Suppression Electrode Analyzer Magnet
Chapter 5： Ion Implantation(离子
注入)
1
2
§5.1 Overview
-Initially, doping was performed in a manner similar to thin film deposition via CVD, -This approach was soon found to lack the flexibility and control required by CMOS processing, Ion implantation quickly gained popularity for the introduction of dopant atoms.
7
Comparison of Implantation and Diffusion
Diffusion Ion Implantation
High temperature, hard mask Isotropic dopant profile Cannot independently control of the dopant concentration and junction depth Batch process
Gases and Vapors: P, B, BF3, PH3, and AsH3
Implanter
Next, As
Select Ion Energy
Select Beam Current
15
Ion Implanter
Gas Cabin Electrical System Analyzer Magnet
Applications Ions Doping n-type: P, As, Sb p-type: B Pre-amorphous Si or Ge Buried oxide O Poly barrier N
10
Other Applications
• Oxygen implantation for silicon-oninsulator (SOI) device • Pre-amorphous silicon implantation on titanium film for better annealing • Pre-amorphous germanium implantation on silicon substrate for profile control • …...
• RF system
– Some ion sources use RF to generate ions
18
Vacuum System
• Need high vacuum to accelerate ions and reduce collision • MFP >> beamline length • 10-5 to 10-7 Torr • Turbo pump and Cryo pump • Exhaust system