离子注入+最详细的PPT课件

Acceleratio n column
Process chamber
Scanning disk
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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。 分类：等离子体型离子源、液态金属离子源（LMIS）。
LMIS 的类型、结构和发射机理
V形 针形
螺旋形
类 型
同轴形
Байду номын сангаас毛细管形
液态金属 钨针
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对液态金属的要求 (1) 与容器及钨针不发生任何反应； (2) 能与钨针充分均匀地浸润； (3) 具有低熔点低蒸汽压，以便在真空中及不太高的温度 下既保持液态又不蒸发。 能满足以上条件的金属只有 Ga、In、Au、Sn 等少数几 种，其中 Ga 是最常用的一种。
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：将离子聚集成直径为数毫米的离子束。
偏转扫描系统：使离子束沿 x、y 方向扫描。
工作室（靶室）：放置样品的地方，其位置可调。
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Ion source
Plasma Extraction assembly Analyzing magnet Ion beam
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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 BF3、 AsH3 和 PH3 等。
质量分析器：不同的离子具有不同的质量与电荷，因而在 质量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。
掩模方式需要大面积平行离子束源，故一般采用等离子体
型离子源，其典型的有效源尺寸为 100 m ，亮度为 10 ~
100 A/cm2.sr。
聚焦方式则需要高亮度小束斑离子源，当液态金属离子源 （LMIS）出现后才得以顺利发展。LMIS 的典型有效源尺寸为
5 ~ 500 nm，亮度为 106 ~ 107 A/cm2.sr 。
产生等离子体的方法有热电离、光电离和电场加速电离。 大规模集成技术中使用的等离子体型离子源，主要是由电场加 速方式产生的，如直流放电式、射频放电式等。
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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。
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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，能在电场中被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
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离子束加工方式
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
艺的掩蔽膜只能是 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。
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离子源
灯丝
放电腔
磁铁 Gas
吸极
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2、液态金属离子源（LMIS）
LMIS 是近几年发展起来的一种 高亮度小束斑 的离子源， 其离子束经离子光学系统聚焦后，可形成 纳米量级 的小束斑离 子束，从而使得聚焦离子束技术得以实现。此技术可应用于离 子注入、离子束曝光、离子束刻蚀等。
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1、等离子体型源
这里的 等离子体 是指部分电离的气体。虽然等离子体中 的电离成分可能不到万分之一，其密度、压力、温度等物理量 仍与普通气体相同，正、负电荷数相等，宏观上仍为电中性， 但其电学特性却发生了很大变化，成为一种电导率很高的流体。
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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。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。
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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。
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离子注入
Ion implanter
Dopant ions Beam scan
Low energy Low dose Fast scan speed
Mask xj
Mask
Silicon substrate
a) 低掺杂浓度与浅结
Ion implanter
High energy High dose Slow scan speed
Beam scan
Mask xj
Mask
Silicon substrate
b) 高掺杂浓度与深结
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