半导体制造工艺之离子注入原理课程

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半导体工艺离子注入专题培训课件

8、注入损伤：
离子注入衬底单晶与衬底原子作级联碰撞，产生大量的位移原子，注入时产生的空位、填隙原子等缺陷称为一次缺陷。在剂量达到一定数值后，衬底单晶非晶化，形成无定型结构。使衬底完全非晶化的注入剂量称为阈值剂量。
不同衬底和不同的注入离子，在不同的能量、剂量率和不同温度下有不同的非晶剂量。轻原子的大、重原子的小；能量低大，能量高小；衬底温度低大，衬底温度高小。当衬底温度高于固相外延温度时，可以一直保持单晶。
2、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 < 10 KeV ，刻蚀、镀膜 E = 10 ~ 50 KeV，曝光 E > 50 KeV，注入掺杂
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。
离子注入系统
5、离子注入的特点：
特点： ·可以独立控制杂质分布（离子能量）和杂质浓度
10、离子注入的优缺点：
优点：
1、可控性好，离子注入能精确控制掺杂的浓度分布和掺杂深度，因而适于制作极低的浓度和很浅的结深；
2、注入温度低，一般不超过 400℃，退火温度也在 650℃ 左右，避免了高温过程带来的不利影响，如结的推移、热缺陷、硅片的变形等；
3、工艺灵活，可以穿透表面薄膜注入到下面的衬底中，也可以采用多种材料作掩蔽膜，如 SiO2 、金属膜或光刻胶等；

半导体制造技术导论chapter8离子注入工艺

• 从高温获得的热能，帮助非晶态原子复原成单晶体结构
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半导体制造技术导论chapter8离子注入工艺
热退火
•晶格原子
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•掺杂物原子
半导体制造技术导论chapter8离子注入工艺
热退火
•晶格原子
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•掺杂物原子
半导体制造技术导论chapter8离子注入工艺
• 离子束并非完美的平行，许多离子在穿入基片之后立刻会和晶格原子发生许多的原子核碰撞。一部分的离子可以沿着通道深入基片，而很多其他离子则被阻滞成常态的高斯分佈.
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半导体制造技术导论chapter8离子注入工艺
损害制程
• 注入的离子转移能量给晶格原子
– 原子从晶格的束缚能释放出来
半导体制造技术导论chapter8离子注入工艺
离子注入：气体系统
• 特殊的气体递送系统控制有害的气体 • 更换气体钢瓶需要特殊的训练 • 氩气用来吹除净化和离子束校正
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半导体制造技术导论chapter8离子注入工艺
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 离子注入：电机系统
• 高压系统
– 决定控制接面深度的离子能量
快速加热步骤和高温炉退火
•多晶硅 •硅
•RTP退火
•匣
极 •二
氧化
硅匣
极 •源极 / 漏极
•硅
•多晶硅
•高温炉退火
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半导体制造技术导论chapter8离子注入工艺
问与答
• 为什么高温炉的温度无法像RTP系统一样急速上升及冷却?
• 高温炉有非常高的热容量，需要非常高的加热功率以快速升高温度。由于温度会过高(overshoot)或是过低(undershoot)，所以很难做到快速升温而没有大的温度震盪.

离子注入技术培训

金属表面改性
02
离子注入技术可以改变金属表面的结构和性质，从而提高金属的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性能等。在汽车、航空航天、石油化工等领域有广泛应用。
生物医学
03
离子注入技术在生物医学领域也有广泛应用，如放射性离子注入治疗肿瘤、离子束照射用于基因治疗等。
20世纪50年代：离子注入技术的雏形出现，当时主要用于研究气体放电和带电粒子在气体中的行为。
结果讨论
对实验结果进行深入讨论，探讨可能的原因和机制，提出改进措施。
文献对比
查阅相关文献，将本次实验结果与前人研究结果进行对比分析。
总结与展望
总结实验经验与成果，指出不足之处，并提出进一步的研究方向和展望。
05
离子注入技术的应用案例
总结词
离子注入技术在半导体制造中应用广泛，主要用于提高芯片性能和可靠性。
离子注入的工艺参数主要包括离子的种类、能量、剂量、注入角度和温度等。
注入角度决定了离子束与材料表面的夹角，温度则影响材料表面的热稳定性和晶格结构。
离子的种类和能量决定了注入过程中与材料原子的相互作用机制和作用程度，剂量则决定了注入层中的离子浓度和分布。
这些工艺参数的选择和控制对于实现良好的离子注入效果至关重要。
离子注入技术的基本原理是将需要注入的元素或化合物进行离子化，然后在电场的作用下将离子束注入到固体材料的表面。在注入过程中，离子会与材料表面的原子或分子发生能量交换和动量交换，从而改变材料表面的结构和性质。
半导体制造
01
离子注入技术在半导体制造中应用广泛，主要用于制造集成电路、晶体管、太阳能电池等。通过离子注入技术可以实现对半导体材料的掺杂和改性，提高器件的性能和可靠性。
02
离子注入技术的基本原理

半导体制造工艺_10离子注入(下)

半导体制造工艺基础
第七章离子注入 (下)
什么是注入损伤晶格损伤：高能离子注入硅片后与靶原子发生一系列碰
撞，可能使靶原子发生位移，被位移原子还可能把能量依次传给其它原子，结果产生一系列的空位－间隙原子对及其它类型晶格无序的分布。这种因为离子注入所引起的简单或复杂的缺陷统称为晶格损伤。
5
(Si)SiSiI + SiV
精确控制掺杂，浅结、浅掺杂，纯度高，低温，多种掩模，… 非晶靶。能量损失为两个彼此独立的过程(1) 核阻止与(2) 电子阻止之和。能量为E的入射粒子在密度为N的靶内走过x距离后损失的能量。
C * xm CB
半导体制造工艺基础
第七章离子注入 (下)
2
总阻止本领（Total stopping power）
第七章离子注入 (下) 损伤退火（Damage Annealing）
被注入离子往往处于半导体晶格的间隙位置，对载流子的输运没有贡献；而且也造成大量损伤。注入后的半导体材料：杂质处于间隙 n<<ND；p<<NA 晶格损伤，迁移率下降；少子寿命下降热退火后：n n=ND (p=NA)
半导体制造工艺基础
第七章离子注入 (下)
6
损伤的产生
• 移位原子：因碰撞而离开晶格位置的原子。 • 移位阈能Ed：使一个处于平衡位置的原子发生移位，所需的最小能量. (对于硅原子, Ed15eV) • 注入离子通过碰撞把能量传给靶原子核及其电子的过程，称为能量传递过程
半导体制造工艺基础
第七章离子注入 (下)
半导体制造工艺基础
第七章离子注入 (下) 离子注入损伤估计
8
100KeV B离子注入损伤初始核能量损失：30eV/nm, 硅晶面间距: 0.25nm, 每穿过一个晶面能量损失: 30eV/nm X 0.25nm=7.5eV <Ed (15eV). 当能量降到50KeV, 穿过一个晶面能量损失为15eV, 该能量所对应的射程为: 150nm. 位移原子数为: 150/0.25=600, 如果移位距离为: 2.5nm, 那么损伤体积: (2.5)2 X150=3X10-18cm3. 损伤密度: 2X1020 cm-3, 大约是原子密度 0.4%. 100KeV As离子注入损伤平均核能量损失：1320eV/nm,损伤密度: 5X1021 cm-3, 大约是原子密度10%, 该数值为达到晶格无序所需的临界剂量, 即非晶阈值.

半导体制造工艺之离子注入原理课件

Z12
3
Z
2 2
3
m1 m2
摘自J.F. Gibbons, Proc. IEEE, Vol. 56 (3), March, 1968, p. 295
例如：磷离子Z1 = 15, m1 = 31 注入硅 Z2 = 14, m2 = 28, 计算可得：
Sn ~ 550 keV-mm2
电子阻止本领
局部电子阻止非局部电子阻止
减少沟道效应的措施
❖ 对大的离子，沿沟道轴向(110)偏离7－10o
❖用Si，Ge，F，Ar等离子注入使表面预非晶化，形成非晶层（Pre-amorphization）
❖增加注入剂量（晶格损失增加，非晶层形成，沟道离子减少）
❖表面用SiO2层掩膜
典型离子注入参数
离子：P，As，Sb，B，In，O 剂量：1011~1018 cm-2 能量：1– 400 keV 可重复性和均匀性: ±1% 温度：室温流量：1012-1014 cm-2s-1
1) 试估算注入离子的投影射程，投影射程标准偏差、峰值浓度、结深
2) 如注入时间为1分钟，估算所需束流。
【解】1) 从查图或查表得
Rp=4289 Å=0.43 mm Rp855 Å0.086 mm 峰值浓度
Cp=0.4Q/Rp=0.4×5×1014/(0.086×10-4)=2.34×1019 cm-3
110
111
100
倾斜旋转硅片后的无序方向
沿<100>的沟道效应
产生非晶化的剂量
浓度分布由于沟道效应的存在，在晶体中注入将偏
离LSS理论在非晶体中的高斯分布，浓度分布中出现一个相当长的“尾巴”
表面非晶层对于沟道效应的作用

半导体制造工艺09离子注入

表面非晶层对于沟道效应的作用
Boron implant into SiO2
Boron implant into Si
减少沟道效应的措施
❖ 对大的离子，沿沟道轴向(110)偏离7－10o
❖ 用Si，Ge，F，Ar等离子注入使表面预非晶化，形成非晶层（Pre-amorphization）
❖ 增加注入剂量（晶格损失增加，非晶层形成，沟道离子减少）
LSS理论
-dE/dx：能量随距离损失的平均速率
能量为E的入射粒子在密度为N的靶内走过x 距离后损失的能量
E：注入离子在其运动路程上任一点x处的能量
Sn(E)：核阻止本领/截面 (eVcm2) Se(E)：电子阻止本领/截面（eVcm2) N: 靶原子密度～51022 cm-3 for Si
大角度的散射（背散射），会引起在峰值位置与表面一侧有较多的离子堆积；重离子散射得更深。
R （μm）
横向效应
横向效应指的是注入离子在垂直于入射方向平面内的分布情况
横向效应影响MOS晶体管的有效沟道长度。
35 keV As注入
120 keV As注入Βιβλιοθήκη 注入掩蔽层——掩蔽层应该多厚？
如果要求掩膜层能完全阻挡离子
对比一下：如果采用预淀积扩散（1000 C），表面浓度为固溶度1020 cm-3时，
D～10-14 cm2/s
每秒剂量达1013/cm2
常用注入离子在不同注入能量下的特性
标准偏差Rp 平均投影射程Rp
已知注入离子的能量和剂量，估算注入离子在靶中的浓度和结深
问题：140 keV的B+离子注入到直径为150 mm的硅靶中。注入剂量Q=5×10 14/cm2（衬底浓度2×1016 /cm3）

半导体制造工艺之离子注入原理

半导体制造工艺之离子注入原理引言离子注入是半导体制造工艺中的一种重要方法，广泛应用于半导体器件的加工和制造过程中。

离子注入工艺通过将高能离子注入到半导体晶体中，改变材料的物理和化学性质，实现半导体器件的特定功能和性能。

本文将详细介绍离子注入的原理以及其在半导体制造中的应用。

离子注入原理离子注入是利用离子束对半导体材料进行信息改变的过程，其原理基于以下几个关键步骤：1.离子源生成：离子注入过程首先需要一个稳定的离子源。

常见的离子源包括离子源装置和离子源材料。

离子源装置通过电离气体产生离子束，而离子源材料通常是一种固体材料，通过加热或溶解的方式释放离子。

2.离子加速：生成的离子束经过电场加速，增加其能量和速度。

加速电场的大小决定了离子注入的能量和深度。

3.汇聚和对准：离子束通过极板或磁场对准系统，确保离子束准确地注入到半导体材料的目标区域。

4.离子注入：离子束与半导体材料进行相互作用，离子穿过材料表面，在材料内部形成注入层。

离子注入的能量和剂量可以控制和调节，影响着半导体的特性和性能。

5.后续处理：注入完成后，需要进行一系列的后续处理步骤，如退火、清洗等，以恢复和优化器件的电学性能。

离子注入的应用离子注入在半导体制造中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1.掺杂：离子注入可在半导体材料中引入杂质原子，从而改变材料的电学性质。

通过控制离子注入的能量和剂量，可以实现器件中的PN结、N型、P型等区域。

2.改变表面特性：离子注入还可用于改变半导体材料表面的化学和物理特性。

例如，在CMOS制造中，通过离子注入改变材料表面的电导率，形成NMOS、PMOS等区域。

3.改善电子迁移率：离子注入还可用于改善半导体器件中电子的迁移率，提高器件的性能。

通过注入低能量离子，形成浅表层，可以减少晶格缺陷，提高电子的迁移率。

4.修复损伤：半导体材料在制造过程中往往会受到损伤，如晶格位错、空位等。

离子注入可用于修复这些损伤，提高材料的完整性和性能。

第4章IC工艺之离子注入ppt课件

Beam scan
Mask xj
Mask
Silicon substrate
a) Low dopant concentration (n–, p–) and shallow junction (xj)
Mask xj
Mask
Silicon substrate
b) High dopant concentration (n+, p+) and deep junction (xj)
Scanning disk with wafers
Suppressor aperture
Faraday cup
Ion beam
Current integrator
Scanning direction
经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用
( dE dx
） nuel
( dE dx
） e
R p ( E )
E 0
dE ( dE tot
）
E 0
dE S (E
)
dx
E
dE
0 Sn(E) Se(E)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用
– 4.3. 注入离子的激活与辐照损伤的消除
P.103~112 1）注入离子未处于替位位置 2）晶格原子被撞离格点
ET(M 4M i iM M tt） E0f()Ea
Ea为原子的位移阈能大剂量——非晶化临界剂量（P。111）与什么因素有关？如何则量？

离子注入工艺 (课程设计)

1．引言 (2)2．离子注入工艺 (2)2.1简介 (2)2.2 离子注入的分类 (3)2.3 离子注入的要求 (3)3．离子注入工艺的特点 (4)4. 离子注入工艺中应注意的几个问题 (6)4.1 离子沟道 (6)4.2 损伤 (6)4.3 退火 (7)4.4 预防沾污 (7)5. 结束语 (7)1．引言离子注入是现代集成电路制造中的一种非常重要的技术,其利用离子注入机实现半导体的掺杂,即将特定的杂质原子（Dopant）以离子加速的方式注入硅半导体晶体内改变其导电特性并最终形成晶体管结构。

随着半导体集成电路的高速发展,对工艺提出了更高的要求,特别是对关键工艺的影响更大。

本文对半导体集成电路工艺中的离子注入工艺的主要特点、工艺中存在的几个问题及在化合物半导体集成电路工艺中的应用等方面进行了重点阐述。

2．离子注入工艺2.1简介现代的半导体制造工艺中制造一个完整的半导体器件一般要用到许多步（15～25步）的离子注入。

离子注入的最主要工艺参数是杂质种类,注入能量和掺杂剂量。

杂质种类是指选择何种原子注入硅基体,一般杂质种类可以分为N型和P型两类,N型主要包括磷,砷,锑等,而P型则主要包括硼,铟等。

注入能量决定了杂质原子注入硅晶体的深度,高能量注入得深,而低能量注入得浅。

掺杂剂量是指杂质原子注入的浓度,其决定了掺杂层导电的强弱。

通常半导体器件的设计者需要根据具体的目标器件特性为每一步离子注入优化以上这些工艺参数。

图1给出了130nm器件上离子注入后和回火后的B、BF2的深度和浓度变化。

2.2 离子注入的分类离子注入设备根据具体的应用分为三类：中束流,大束流和高能量。

这三种离子注入设备在半导体工艺中各有其特殊的应用。

中束流（MC）离子注入设备用于那些掺杂剂量适中或较低但精度控制要求非常重要的掺杂工艺,其在半导体器件制造中的具体应用例如栅阀值调整（Threshold Adjust）,Halo 注入等;大束流（HC）离子注入设备用于掺杂剂量很高且精度控制不重要的场合,例如源极,漏极的形成和多晶硅栅极的掺杂。

半导体离子注入原理及工艺

半导体离子注入原理及工艺1. 引言1.1 概述本文将深入探讨半导体离子注入原理及工艺。

离子注入作为一种重要的半导体加工技术，广泛应用于集成电路制造和材料改性领域。

通过向半导体材料中注入特定类型和能量的离子，可以实现掺杂调节、PN结修复、特殊结构制造等目标。

1.2 文章结构本文共分为五个部分进行论述。

首先，在引言部分，我们将介绍整篇文章的概述、结构以及目的。

接下来，在第二部分，我们将详细讲解半导体离子注入原理，包括对半导体材料的概述、离子注入原理的介绍以及离子注入设备和工艺流程。

第三部分将阐述影响离子注入工艺控制的因素，包括能量控制因素、剂量控制因素和温度控制因素。

在第四部分，我们将重点探讨离子注入在半导体加工中的应用与优势，包括PN结形成与修复、掺杂调节与电性能优化以及特殊结构和器件应用方面的内容。

最后，在结论与展望部分，我们将对全文进行总结，并对未来的研究方向和发展趋势进行展望。

1.3 目的本文旨在全面介绍半导体离子注入原理及工艺，让读者了解离子注入技术在半导体加工中的重要性和应用价值。

通过对离子注入原理、工艺控制因素以及应用优势的深入分析，希望读者能够全面了解并掌握该领域的基础知识，为进一步研究和实践提供参考和指导。

同时，本文也将为行业相关人士提供有益的信息和思路，促进半导体制造技术的发展与创新。

2. 半导体离子注入原理2.1 半导体材料概述半导体是一种具有介于导电体和绝缘体之间的电阻特性的材料。

常见的半导体材料包括硅、锗和砷化镓等。

这些材料中，原子结构具有特殊的能带结构，使得它们在一定条件下可以表现出较好的电导性能。

2.2 离子注入原理介绍离子注入是一种将高能量离子引入半导体材料中的技术。

其原理基于离子与半导体材料之间发生相互作用，从而改变材料内部的物理和化学性质。

在离子注入过程中，离子源产生高能量的正或负离子束，并通过加速装置使得这些离子获得足够高的动能。

这些高能量离子穿过空气以及其他保护层，在最终进入半导体材料前经过滤波等处理。

集成电路工艺基础离子注入优秀课件

n(x)N exp1[(xRp)2]
max
2 R
p
其中：
N
N s
0.4Ns
max 2R R
p
p
注入离子在无定形靶中的分布
❖横向分布（高斯分布）
▪ 入射离子在垂直入射方向平面内的杂质分布 ▪ 横向渗透远小于热扩散
注入离子在无定形靶中的分布
❖ 高斯分布只在峰值附近与实际分布符合较好。
▪ 轻离子/重离子入射对高斯分布的影响 ▪ 实践中，用高斯分布快速估算注入离子在靶材料中的
使带电粒子偏转，分出中性粒子流中性束路径
类似电视机，让束流上下来回的对圆片扫描
离子注入系统原理
❖ 离子源通过加热分解气体源如BF3或AsH3成为带正电离子（B＋或As＋）。
❖ 加上约40KeV左右的负电压，引导这些带正电离子移出离子源腔体并进入磁分析器。
❖ 选择磁分析器的磁场，使只有质量/电荷比符合要求的离子得以穿过而不被过滤掉。
❖ 一个离子在停止前所经过的总路程，称为射程R
❖ R在入射轴方向上的投影称为投影射程Xp ❖❖平R均在投垂影直射入程射R方p：向的投影称为射程横向分所射量程有X的入t平射均离值子的投影
❖标准偏差：
注入离子在无定形靶中的分布
❖ 对于无定形靶（SiO2、Si3N4、光刻胶等），注入离子的纵向分布可用高斯函数表示：
达靶上。
❖ 注入机内的压力维持低于10－4Pa以下，以使气体分子散射降至最低。
离子注入的优缺点
❖ 优点：
▪ 注入的离子纯度高 ▪ 可以精确控制掺杂原子数目，同一平面的掺杂均匀性
得到保证，电学性能得到保证。 ▪ 温度低：小于400℃。低温注入，避免高温扩散所引起

集成电路工艺基础——离子注入课件

2
通过离子注入技术，可以在光学材料中制造出各种光电子器件，如激光器、光放大器、光调制器等。
3
离子注入技术还可以用于制造光子晶体、光子集成电路等新型光电子器件，提高光电子器件的性能和集成度。
离子注入在传感器中的应用
传感器是实现智能化、自动化的重要器件，离子注入技术在传感器制造中也有着重要的应用。
通过离子注入技术，可以在传感器材料中制造出各种敏感元件，如压力传感器、温度传感器、气体传感器等。
离子注入技术还可以用于制造生物传感器、化学传感器等新型传感器，提高传感器的灵敏度和稳定性。
CHAPTER
04
离子注入的未来发展
新型离子注入设备的研究
研发更高效、精确的离子注入设备是未来的重要研究方向。
与硅材料相比，化合物半导体材料的离子注入工艺较为复杂，需
要更高的技术和设备条件。
离子注入化合物半导体材料在光电子器件、高速电子器件和微波器件等领域具有广泛的应用前景
。
离子注入金属材料
金属材料在集成电路制造中主要用于互连线、电极和引脚的制造，离子注入金属材料可以改变其表面特性和导电性能。
离子注入硅材料的方法具有较高的精度和可重复性，可以实现对硅材料的微细加工。
离子注入硅材料还可以提高硅材料的机械性能和化学稳定性，使其更适应于集成电路制造中的各种工艺条件。
离子注入化合物半导体材料
化合物半导体材料是集成电路制造中的另一种重要材料，离子注入化合物半导体材料可以改变其
电子结构和光电性能。
开发具有自主知识产权的离子注入设备，打破国外技术垄断。
利用新材料和新技术提高设备的稳定性和可靠性，降低生产成本。
离子注入与其他微纳加工技术的结合

半导体工艺之离子注入(精)

半导体离子注入工艺09电科A柯鹏程 0915221019离子注入法掺杂和扩散法掺杂对比来说，它的加工温度低、容易制作浅结、均匀的大面积注入杂质、易于自动化等优点。

当前，离子注入法已成为超大规模集成电路制造中不可缺少的掺杂工艺。

离子注入是一种将带点的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。

注入能量介于1eV到1MeV之间，注入深度平均可达10nm~10um。

相对扩散工艺，粒子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质参杂、可重复性和较低的工艺温度。

1.离子注入原理:离子是原子或分子经过离子化后形成的，即等离子体，它带有一定量的电荷。

可通过电场对离子进行加速，利用磁场使其运动方向改变，这样就可以控制离子以一定的能量进入wafer内部达到掺杂的目的。

离子注入到wafer中后，会与硅原子碰撞而损失能量，能量耗尽离子就会停在wafer中某位置。

离子通过与硅原子的碰撞将能量传递给硅原子，使得硅原子成为新的入射粒子，新入射离子又会与其它硅原子碰撞，形成连锁反应。

杂质在wafer中移动会产生一条晶格受损路径，损伤情况取决于杂质离子的轻重，这使硅原子离开格点位置，形成点缺陷，甚至导致衬底由晶体结构变为非晶体结构。

2.离子射程离子射程就是注入时，离子进入wafer内部后，从表面到停止所经过的路程。

入射离子能量越高，射程就会越长。

投影射程是离子注入wafer内部的深度，它取决于离子的质量、能量，wafer的质量以及离子入射方向与晶向之间的关系。

有的离子射程远，有的射程近，而有的离子还会发生横向移动，综合所有的离子运动，就产生了投影偏差。

3.离子注入剂量注入剂量是单位面积wafer表面注入的离子数，可通过下面的公式计算得出 Q=It/enA ，式中，Q是剂量；I是束流，单位是安培；t是注入时间，单位是秒；e是电子电荷，1.6×10-19C；n是电荷数量；A是注入面积，单位是。

4.离子注入工艺（1）沟道效应入射离子与wafer之间有不同的相互作用方式，若离子能量够高，则多数被注入到wafer内部；反之，则大部分离子被反射而远离wafer。

半导体制造技术--离子注入工艺PPT课件( 134页)

• 引起一个不是想得到的掺杂物分部轮廓
多数的碰撞
非常少的碰撞
31
通道离子
碰撞离子
q
晶圆表面
通道效应
晶格原子
32
碰撞后的通道效应
碰撞的
通道的
碰撞的
q
晶圆表面
33
碰撞后的通道效应
碰撞
通道
碰撞
掺杂物浓度
到表面的距离
34
注入制程：通道效应
• 避免通道效应的方法
– 晶圆倾斜, 通常倾斜角度是7° – 屏蔽氧化层 – 硅或锗的非晶态注入制程
8
沉积掺杂氧化层
沉积掺杂氧化层二氧化硅硅基片
9
氧化
二氧化硅硅基片
10
驱入
二氧化硅硅基片
掺杂接面
11
剥除和清洗
二氧化硅硅基片
掺杂接面
12
掺杂半导体：离子注入
• 用在原子和核的研究 • 1950年代观念便已被提出 • 在1970年代中期才被引进到半导体制造.
13
掺杂半导体：离子注入
• 离子能量控制接面深度 • 掺杂物浓度是非等向性
19
离子注入的应用
应用
掺杂
预先非晶化深埋氧化层多晶阻挡层
离子 N 型: 磷, 砷,锑硅或锗
氧
氮
P 型: 硼
20
其他的应用
• 氧离子注入为了硅覆盖绝缘层(SOI)组件 • 锗预先非晶化注入在钛薄膜为较好的退
火 • 锗预先非晶化注入在硅基片做为轮廓控
• 阴影效应
– 离子被结构阻挡
• 藉旋转晶圆或在注入后退火期间的小量掺杂物扩散解决阴影效应
35
阴影效应
离子束
多晶硅基片

半导体制造工艺离子注入上

半导体制造工艺离子注入半导体制造工艺离子注入是半导体工艺中的一项关键技术。

在芯片制造过程中，经常需要对半导体材料进行掺杂，而离子注入是一种非常重要的技术手段。

本文将深入分析半导体制造工艺离子注入的主要内容，包括其原理、操作过程、以及使用离子注入技术制造的芯片特点等方面。

离子注入的原理离子注入是通过高能离子轰击半导体晶片，将离子嵌入材料内部的一种制备技术。

具体来说，这种技术通过加速器等设备将高能离子加速至较高速度，并在离子光束进入半导体材料前对其进行过滤和聚束，从而形成一个高速、高浓度的离子束，最终将离子注入到半导体材料中。

离子注入的操作过程离子注入工艺涉及到多个步骤，其中包括以下几个主要步骤：清洗准备作为半导体制造工艺中的一项关键技术，离子注入需要在非常严格的环境下进行。

在离子注入前需要对半导体晶片进行彻底清洗，确保表面的干净度和光滑度，从而保证离子注入的效果。

掺杂制备在清洗准备完成后，需要对半导体材料进行掺杂制备，具体方法包括摆放掺杂物等。

掺杂物通常是五价或三价元素，包括锑、磷、硼等。

在制备过程中，需要对掺杂材料进行加热处理，从而使得掺杂材料能够更加通透。

离子注入掺杂制备完成后，需要将此时加速的高能离子束注入到半导体材料中，这个过程需要在高真空下进行。

在离子注入过程中，需要对离子的深度、浓度、轰击能量等参数进行精确的控制。

中和处理离子注入完成后，需要对半导体晶片进行中和处理，以便去除掉不必要的正离子。

具体方式包括对半导体晶片进行退火等处理方式。

后处理在中和处理完成后，还需要对离子注入的半导体材料进行后处理，包括进行清洁、测量和测试等，以便确认其掺杂浓度和深度是否达到制定要求，并对掺杂结果进行优化。

离子注入技术的应用离子注入是半导体制造工艺中的一项重要技术，广泛应用于电子信息、光电半导体、固态激光和太阳能电池等方面。

其中，离子注入技术可以用于制造高质量的掺杂型晶体以提高储能器和光学器件的能力，同时也可以用于材料改性、表面改性和制备纳米材料等方面的研究。

半导体工艺-离子注入(精)

半导体工艺--离子注入离子注入法掺杂相比扩散法掺杂来说，它的加工温度低、容易制作浅结、均匀的大面积注入杂质、易于自动化等优点。

目前，离子注入法已成为超大规模集成电路制造中不可缺少的掺杂工艺。

1.离子注入原理离子是原子或分子经过离子化后形成的，即等离子体，它带有一定量的电荷。

可通过电场对离子进行加速，利用磁场使其运动方向改变，这样就可以控制离子以一定的能量进入wafer内部达到掺杂的目的。

离子注入到wafer中后，会与硅原子碰撞而损失能量，能量耗尽离子就会停在wafer中某位置。

离子通过与硅原子的碰撞将能量传递给硅原子，使得硅原子成为新的入射粒子，新入射离子又会与其它硅原子碰撞，形成连锁反应。

2.离子射程离子射程就是注入时，离子进入wafer内部后，从表面到停止所经过的路程。

入射离子能量越高，射程就会越长。

投影射程是离子注入wafer内部的深度，它取决于离子的质量、能量，wafer的质量以及离子入射方向与晶向之间的关系。

有的离子射程远，有的射程近，而有的离子还会发生横向移动，综合所有的离子运动，就产生了投影偏差。

3.离子注入剂量注入剂量是单位面积wafer表面注入的离子数，可通过下面的公式计算得出，式中，Q是剂量；I是束流，单位是安培；t是注入时间，单位是秒；e是电子电荷，1.6×10-19C；n是电荷数量；A是注入面积，单位是。

4.离子注入设备离子注入机体积庞大，结构非常复杂。

根据它所能提供的离子束流大小和能量可分为高电流和中电流离子注入机以及高能量、中能量和低能量离子注入机。

离子注入机的主要部件有：离子源、质量分析器、加速器、聚焦器、扫描系统以及工艺室等。

（1）离子源离子源的任务是提供所需的杂质离子。

在合适的气压下，使含有杂质的气体受到电子碰撞而电离，最常用的杂质源有和等，（2）离子束吸取电极吸取电极将离子源产生的离子收集起来形成离子束。

半导体离子注入原理及工艺

半导体离子注入原理及工艺
半导体离子注入（Ion Implantation）是一种常用的半导体加工技术，用于在半导体材料中引入特定的离子，从而改变其电学特性。

半导体离子注入的原理是利用离子加速器将离子束加速，并从半导体材料表面射入，使离子在材料内部停止，并在特定深度形成浓度分布所需的掺杂剂。

离子束能量的选择和控制决定了离子注入的深度和浓度。

离子注入的工艺包括以下步骤：
1. 底漆处理：在半导体基片表面涂覆底漆，以保护基片并提高离子注入效果。

2. 清洗：对基片进行清洗，去除表面污染物，以确保离子注入的准确性和稳定性。

3. 吸附剂层：在基片表面涂覆吸附剂层，用于吸附离子并控制离子的深度和浓度。

4. 离子注入：将基片放置在离子加速器中，加速器通过电场引导离子束穿过吸附剂层并注入半导体材料中。

5. 后处理：对基片进行退火或其他处理，以修复可能引起的损伤和改变离子注入后的电学特性。

半导体离子注入技术在半导体制造中具有重要的应用，可用于控制器件的器件结构和电学性能，如调节掺杂浓度、改变导电型号、调整器件阈值电压等。

它已广泛应用于制造各种类型的半导体器件，如集成电路、太阳能电池、LED等。