离子注入知识学习
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；
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。
第四章 离子注入
射程参数
RNm1 m2 4a2
(m1 m2 )2
其中，m1，m2为注入离子和靶原子的质量，N是单位体积 内的原子数，a为屏蔽长度
a
0.88a0
( Z11/ 3
Z 2/3 2
)1/ 2
由此，导出核阻止能量损失曲线。P84图4.5
13
1、注入离子能量三个区域中的阻止机制
1）低能区：核阻止 2）中能区：核阻止、电子阻止 3）高能区：电子阻止
注入离子靶原子：形成间隙-空位缺陷； 间隙靶原子靶原子：在入射离子轨迹周围形成大量
间隙-空位缺陷。
因此，须消除衬底损伤，并使注入离子处于电激 活位置，以达到掺杂目的。
31
一、级联碰撞
1、几个概念
1) 注入离子通过碰撞把能量传递给靶原子核及其电子的过程， 称为能量淀积过程。 弹性碰撞： 总动能守恒 注入离子能量低 非弹性碰撞：总动能不守恒 注入离子能量高 在集成电路制造中，注入离子的能量较低，弹性碰撞占 主要地位。
exp
1 2
y2
Y
2
z2 Z 2
(x Rp)2 R p 2
（4.21） 因入射靶材为各向同性的非晶材料，则在垂直入射方向的平
面内分布是对称的，即有
Y Z R 即Y方向、Z方向上的标准偏差 等于 横向离散 R 。
25
通过狭窄掩模窗口注入离子后的杂质分布情况
14
2、一级近似下的阻止机制
1)核阻止本领
S
0 n
与入射离子E能量无关；
2)电子阻止本领 Se (E)与速度成正比关系；
3)在EC处核阻止和电子阻止本领相等，不同的靶材料和不同的
离子注入培训教程
离子注入培训教程上帝在调情发表于: 2010-5-28 10:45 来源: 半导体技术天地1．什么是离子注入?离子注入（Ion Implant）是一种把高能量的掺杂元素的离子注入半导体晶片中，以得到所需要的掺杂浓度和结深的方法。
2．离子注入安全操作应注意什么?1）本工艺所接触的固源、气源的安全操作固体磷、固体砷、三氟化硼气体均为有毒有害化学品，进行一切与之发生接触的操作维护时，都必须戴好防毒面具、乳胶手套、袖套、围裙等安全防护用品，在通风柜中进行。
2）设备安全操作①离子注入机在高电压下工作，维护维修时必须关闭电源，拔下操作面板钥匙，防止有人误操作，打开设备门，用放电棒对离子源气柜、离子源头部件、高压电缆、灯丝电极等部位放掉高压静电，并将放电棒挂在源法兰上，才可进行维护维修操作。
②离子注入机工作时有少量放射线产生，注片过程中严禁打开门，或过分接近设备后部，更不能进入注入机下面的格栅。
③离子注入机离子源工作时产生高温，必须等离子源部件降温后才可进行维护维修操作。
3．请写出离子注入常用源材料、常用离子种类及其AMU（原子质量单位）数值。
离子注入常用源材料：固体磷、固体砷、三氟化硼气体、氩气常用离子种类：B+—11，BF2+—49，P+—31，As+—75，Ar+—404．哪些工艺在大束流注入机上进行生产? 哪些工艺在中束流注入机上进行生产? 试举例说明。
注入剂量大于5e14cm-2的注入工艺在大束流注入机上进行生产，如MOS电路的源漏注入、电容注入、多晶互连注入等。
注入剂量小于1e14cm-2的注入工艺在中束流注入机上进行生产，如MOS电路的阱注入、场注入、PT注入、LDD注入、VT注入等等。
5．产品流程单规定的注入工艺参数有哪些?产品流程单规定的注入工艺参数有注入离子种类（AMU）、能量（Energy）、剂量（Dose）、倾斜角（TiltAngle）等。
6．注入前的来片检查应注意什么?注入前的来片检查应确认产品批号、片数与流程单一致，上道工序已完成，圆片无破损，如有异常应向带班人员报告。
离子注入技术培训
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。
离子注入的方法
离子注入的方法
1. 离子束注入：这是最常见的离子注入方法之一。
在离子束注入过程中，离子源产生的离子经过加速后形成高能离子束，然后被注入到材料表面。
离子束注入可以通过调整离子能量、束流密度和注入时间等参数来控制注入深度和浓度。
2. 等离子体浸没离子注入：这种方法将材料放置在等离子体中，等离子体中的离子在电场作用下被加速并注入到材料表面。
等离子体浸没离子注入可以实现大面积的均匀注入，适用于薄膜和大面积材料的处理。
3. 射频离子注入：在射频离子注入中，离子源产生的离子通过射频电场的作用被加速并注入到材料中。
这种方法通常用于较低能量的离子注入，适用于特定的应用场合。
4. 多能量离子注入：多能量离子注入是指在离子注入过程中使用多个不同能量的离子束，以实现不同深度的注入。
这种方法可以在材料中形成多层注入结构，改善材料的性能。
5. 共注入：共注入是将两种或以上的离子同时注入到材料中，以实现特定的性能改善。
共注入可以通过调整不同离子的能量和浓度来控制注入效果。
无论采用哪种离子注入方法，都需要根据具体的应用需求和材料特性来选择合适的离子源、加速电压、注入剂量等参数。
离子注入技术在半导体、材料科学、生物医学等领域有广泛的应用。
离子注入培训资料
离子注入技术具有非接触、非热力学平衡、可精确控制注入离子的能量和剂量等特 点。
离子注入技术的应用领域
半导体制造
离子注入技术在半导体制造中 广泛应用于掺杂工艺，提高半
导体的导电性能。
金属表面改性
离子注入过程控制
控制注入速度
通过调整注入电压和电流，控制 离子的注入速度，以保证注入过
程的稳定性和均匀性。
控制真空度
维持高真空度是离子注入的必要 条件，通过机械泵、分子泵等设 备，将真空度控制在适当的范围
内。
控制温度
在离子注入过程中，控制温度以 避免材料表面热损伤和内部热应
力。
离子注入效果的检测与评估
03 离子注入材料与性能
离子注入材料的选择
材料种类
化学稳定性
离子注入的材料种类广泛，包括金属、 非金属、复合材料等。选择合适的材 料取决于应用场景和性能要求。
材料的化学稳定性也是选择离子注入材 料的重要因素，以确保在离子注入过程 中材料不会发生化学反应或腐蚀。
物理性质
在选择离子注入材料时，需要考虑其物 理性质，如熔点、密度、热导率等，以 确保离子注入过程的稳定性和效果。
离子注入技术在未来科技领域的应用前景
微电子制造
01
离子注入技术在微电子制造领域的应用将继续发挥重要作用，
提高芯片性能和可靠性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光电子器件制造
02
在光电子器件制造领域，离子注入技术有望实现光电子器件的
高效、高精度制造。
生物医学应用
03
离子注入技术在生物医学领域的应用前景广阔，如用于基因治
离子注入工艺培训资料
注入工艺的基本原理 所谓离子注入就是先使待掺杂的原子(或分子)电离成离子, 再加速到一定的能量,使之注入到晶体中,然后经过退火使杂质激 活,达到掺杂的目的 。
注入工艺的基本原理 离子注入及退火过程示意。
注入工艺的基本原理
注入Si中et set too high
SOURCE MAGNET 设置太高。
形成束流
在ARC CHAMBER内产生的离子，在吸极的作用下形成离子束，
也就是我们通常所说的束流.
抑制极作用
Supply-1和Supply-2的作用； 在束流有点偏的情况下通用电 场力使束流通过吸极缝，达到最 大的利用束流，减少束流的损耗 同时抑制极还能抑制产生的二次 电子，防止二次电子对离子源的 损坏。
DOSE COUNT
剂量控制示意图。
靶室及终端台
作用： 1. 注入扫描
2. 注入角度设定
3. 圆片的装载与卸载
圆片的装载与卸载 批作业方式终端示意图。
8250注入示意图 单片作业方式终端示意图。
过聚焦成为离子束,然后进入束线部分.
简单的说离子源就是产生有能量的离子束的地方.
Source magnet set too low 在离子源上下各有一个磁场，主要是利用罗伦磁力的作用，使的 产生的电子走弧线，这样可以更多机会进行碰撞或得更高的电离 率，但设置太低或太高都不利于电离率的提高。
SOURCE MAGNET 设置太低。
注入工艺的基本原理 通过离子注入及其他工序作业后最终形成的MOS管及其他器件。
注入机的基本组成
注入机本体可分为三大部分:
1. 离子源；
2. 束线部分；
第七章：离子注入
调节阈值电压 阈值电压公式：
QBm＝q· NB· Xdm， QBm为表面耗尽层单位面积上的电荷密度
轻掺杂漏（LDD：Lightly Doped Drain ）注入
源漏注入
多晶硅栅掺杂 沟槽电容器
超浅结
超浅结
绝缘体上的硅（SOI）
在硅中进行高能量氧离子注入，经高温处理后形 成SOI结构（silicon on insulator）
2994 710 1238 456 582 207
3496 766 1497 528 686 241
3974 813 1757 595 791 275
4432 854 2019 659 898 308
4872 890 2279 719 1005 341
（二）各种离子在光刻胶中的Rp和△Rp 值 (Å)
分析磁体
3. 加速管
加速管用来加速正离子以获得更高的速度（即动 能）。
加速管
4. 扫描系统
用于使离子束沿 x、y 方向在一定面积内进行扫 描。 束斑 中束流的束斑：1cm2 大束流的束斑：3cm2 扫描方式 1. 固定硅片、移动束斑（中、小束流） 2. 固定束斑、移动硅片（大束流）
离子注入参数
注入剂量φ 注入剂量φ是样品表面单位面积注入的离子总数。单位： 离子每平方厘米 其中I为束流，单位是库仑每秒（安 培） t为注入时间，单位是秒 q为电子电荷，等于1.6×10－19库仑 n为每个离子的电荷数 A为注入面积，单位为cm2
注入能量 离子注入的能量用电子电荷与电势差的乘积来表 示。单位：千电子伏特KEV 带有一个正电荷的离子在电势差为100KV的电场 运动，它的能量为100KEV
04离子注入技术讲解
Buried Implanted Layer
Retrograde wells n-well p Epi layer p+ Buried layer p+ Silicon substrate
p-well
埋层注入，替代埋层扩散和外延
Retrograde Well
n-type dopant n-well p-type dopant p-well
– 能量损失(P.106~107)
– 注入离子的分布N（x）（无电子散射） 注入剂量0（atom/cm-2），射程：Rp 标准偏差Rp
Scanning disk with wafers
Sampling slit in disk
Ion beam
Suppressor aperture Faraday cup
– 平均射程
Rp
Page 107
– 多能量、多剂量注入
– 4.1.2. 设备
Analyzing Magnet
Ion source Extraction assembly Analyzing magnet
Ion beam
Lighter ions
Neutrals Heavy ions Graphite
Current integrator
Scanning direction
– 对于无定型材料， – 有：
N ( x)
2 x Rp 0 1 exp R 2 2 R p p
为高斯分布
2 MiMt R p R p 3 Mi Mt
Figure 17.14
4.2. 沟道效应和卢瑟福背散射 6. 2. 1.沟道效应
离子注入设备工程师应用到的知识
离子注入设备工程师应用到的知识1、离子注入设备的原理和技术离子注入设备是一种利用高压电场将溶质离子从溶液中分离出来，并将其送入另一个溶液中的设备。
它主要分为两个部分：一个是高压电场（极化源），另一个是用来接收离子的容器（接收室）。
离子注入设备由一个高压极化源，一个电离室，一个离子收集室和一个数据处理器组成。
高压极化源用于向电离室中提供高压，使溶质离子被电场排斥分离。
电离室中的溶质离子被电场分离，然后通过离子收集室收集，最终进入数据处理器，将离子转换为可读数据。
2、离子注入设备的维护和保养1. 检查润滑油：定期检查润滑油的品质和数量，补充或更换润滑油。
2. 检查机械部件：定期检查各机械部件的损坏情况，及时维修和更换。
3. 检查电气部件：定期检查电气部件的损坏情况，及时维修和更换。
4. 检查传动部件：定期检查传动部件的损坏情况，及时维修和更换。
5. 清洁：定期清洁机器的外部表面，以免污染机器内部。
6. 检查设备性能：定期检查整个设备的性能，确保其正常运行。
3、离子注入设备的校准和诊断离子注入设备的校准是指根据标准物质的参考浓度，通过比较、控制和调整离子浓度来确保离子注入设备的精确性和准确性。
诊断是在出现故障情况下，通过分析数据和维护记录，检查离子注入设备是否有故障，找出故障的原因，并采取相应的维修措施。
4、离子注入设备的安全操作1、离子注入设备操作前应检查安全装置，确保设备安全运行。
2、操作时应佩戴个人防护装备，如防护眼镜、手套、口罩等。
3、操作时应避免使用易燃易爆物品，禁止吸烟、火灾。
4、操作时要注意设备周围环境，确保无易燃易爆物品。
5、操作时要注意操作技术，以免造成意外。
6、机器应定期检查，确保设备的安全性和稳定性。
7、机器故障时，应勿擅自拆机修理，以免发生意外。
8、设备安全使用期间，应定期检查安全装置，确保设备的安全性。
5、离子注入设备的排错和调试离子注入设备的排错和调试主要包括以下几个步骤：1. 检查离子注入设备的电源、电路、电极和调节器的连接是否正确；2. 测量电极的电位，确保电位稳定；3. 确认离子注入设备的调节器参数，如电流、电压等；4. 检查电极的连接线的长度，确保足够的电流传输；5. 测量电极的电阻，确保电极的电阻值在正常范围内；6. 调整离子注入设备的调节器，确保其工作在正常范围内；7. 测试离子注入设备，确保其能够满足预期的设定要求；8. 定期维护离子注入设备，以确保其正常运行。
离子注入工程培训
II工程日常设备点检和相应故障的处理
设备的点检每天进行一次，有白班的人 来完成，如有异常情况，要作好相应的 记录，与技术员联系。在就是中束流注 入机由于冷却水突停和电的不稳而造成 真空跳掉的处理方法。参考冷泵再生作 业指导书，在这里我简单说一下源动停 止时的一些处理方法：
•
我们不一定知道正确的道路在哪里， 但却不 要在错 误的道 路上走 得太远 。
•
不要把所有的鸡蛋放在同一个篮子里 。
离子注入工程培训教材 ion implantation
培训对象 时间地点
什么是离子注入？
❖ 将某种元素的原子经 离化变成带电的离子
❖ 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
离子注入的优点
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
横向分布非常均匀 如1%左右，扩散5％左右 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 注入元素可以非常纯，杂质单一性 可用多种材料作掩膜(如金属、光刻胶、介质.)作为掩膜），避
免了高温过程引起的热扩散。（室温）
离子注入的局限性
接上面的内容
小属于中（小于2号安培）低（小与500 微安培）的注入机，尽管离子注入机的 种类很多，但其基本框架和结构是相似 的，下面我们就来看一下我们的注入机， 我以中束流的NH-20S（201/202）为例， 讲一下注入机的基本结构。
离子注入机（NH-20S）结构图
从离子源引出的离子经过加速管加速电位的加速使离子获得很高的能量， 而后进入磁分析器使离子纯化，分析后的离子可再加速以提高离子的能 量，再经过两维偏转扫描器使离子束均匀的注入到材料表面，用电荷积 分仪可精确的测量注入离子的数量，调节注入离子的能量可精确的控制 离子的注入深度。
半导体工艺之离子注入
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。
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⑤不受固溶度限制:原则上各种元素均可掺杂。
⑥注入深度随离子能量的增加而增加。
（诸多优点,使离子注入成为IC工艺的主要掺杂技术）
缺点:
①损伤(缺陷)较多:必须退火。
②成本高
2021/3/15
3
4.2 离子注入设备原理
离子注入设备结构
①离子源;②质量分析器;③加速器;④偏束板;⑤扫描器;⑥靶 室
离子注入系统的原理示意图
2021/3/15
12
4.3 离子注入机理 -核碰撞与电子碰撞
4.3.3 射程粗略估计
LSS模型:引入简化的无量纲的能量参数ε和射程参数ρ,即 ρ=(RNM1M24πa2)/(M1+M2)2 ε= E0aM2/[Z1Z2q2(M1+M2)]
N- 单位体积的原子数; 以dε/dρ–ε1/2 作图,得图4.5
2021/3/15
9
4.3 离子注入机理 -核碰撞与电子碰撞
①注入离子与靶原子的相互作用
库仑力 F(r)=q2Z1Z2/r2
势能
V(r)=q2Z1Z2/r
Z1 、Z2 --核电荷数;r—距离。
②考虑电子的屏蔽作用
势能
V(r)=[q2Z1Z2/r]f(r/a)
f(r/a)--屏蔽函数;a--屏蔽参数;
膜。） ②掺杂数目完全受控:同一平面杂质均匀性和重复性在
±1％（高浓度扩散5％－10％）;能精确控制浓度分布 及结深,特别适合制作高浓度、浅结、突变型分布。
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4.1 离子注入特点
③无污染:注入离子纯度高,能量单一。
（质量分析器;背景真空度高）
④横向扩散小:有利于器件特征尺寸的缩小。
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4.3 离子注入机理 -核碰撞与电子碰撞
注入离子能量与阻挡本领
①高能区:电子阻挡占主要,核阻挡可忽略。 ②中能区:核阻挡占与电子阻挡相当; ③低能区:核阻挡占主要,电子阻挡可忽略;
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4.3 离子注入机理 -核碰撞与电子碰撞
临界能量（交叉能量）Ene( Ec): Sn(E)=Se(E)处的能量
最简单（一级近似）:f(r/a)=a/r,
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
则Sn=Sn0=常数（图4.2,虚线）; 更精确:托马斯-费米屏蔽函数
（图4.2,实线）。
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4.3 离子注入机理 -核碰撞与电子碰撞
4.3.2 电子阻挡本领
LSS模型:电子是自由电子气,类似黏滞气体。 Se(E)=(dE/dx)e=CV=ke(E)1/2
R≈k2E0
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4.4 注入离子分布
1.总射程R
定义:注入离子在靶内走过的路径之和。 R与E的关系:根据能量的总损失率,
,d d E R d dE R nd dE R eSnE SeE R d R E 0 0dd /d E E R 0 E 0S n E S eE 1 dE
式中,E0—注入离子的初始能量。
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4.4 注入离子分布
3.加速器
作用:使离子获得所需的能量。 原理:利用强电场,使离子获得更大的速度。
4.偏束板
作用:使中性原子束因直线前进不能达到靶室。 原理:用一静电偏转板使离子束偏转5º--8º作用再进入
靶室。
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4.2 离子注入设备原理
⑤扫描器
作用:使离子在整个靶片上均匀注入。
方式:①靶片静止,离子束在X,Y方向作电扫描。②粒子束 在Y方向作电扫描,靶片在X方向作机械运动。③粒子束静 止,靶片在X,Y方向作机械运动。
⑥靶室（工作室）:高温靶（800℃）,低温靶（液氮温
度）,冷却靶（小于120 ℃）。
靶:被掺杂的材料。有
晶体靶:Si片;
无定形靶:SiO2、Si3N4、光刻胶等。
无定形靶:可精确控制注入深度。
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4.3 离子注入机理 -核阻挡与电子阻挡
能量损失机制
➢ 核阻挡
– 与晶格原子的原子核碰撞 – 大角度散射（离子与靶原子质量同数量级） – 可能引起晶格损伤（间隙原子和空位）
①Ene随注入离子原子量的增加而增大。 ②轻离子,B: Ene≈15keV,
重离子,P: Ene≈150keV。
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4.3 离子注入机理 -核碰撞与电子碰撞
射程R的粗略估算
①注入离子初始能量E0>>Ene: Se(E)为主,则
R≈k1E01/2
k1=2/ke {对非晶Si:ke≈1x103(eV)1/2μm-1; 对非晶AsGa:ke≈ 3x103(eV)1/2μm-1;} ②注入离子初始能量E0 << Ene: Sn(E)为主,且假设 Sn(E)= Sn0,则
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4.2 离子注入设备原理
1.离子源
作用:产生注入用的离子。 原理:杂质原子高能电子轰击（电子放电）注入离子 类型:高频,电子振荡,溅射
2.磁分析器（质量分析器）
作用:将所需离子分选出来。 原理:带电离子在磁场中受洛伦磁力作用,运动轨迹发生弯
曲。
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4.2 离子注入设备原理
➢ 电子阻挡
– 与晶格原子的自由电子及束缚电子碰撞 – 注入离子路径基本不变 – 能量损失很少 – 晶格损伤可以忽略
典型的注入能量:5 - 500keV
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4.3 离子注入机理 -核碰撞与电子碰撞
4.3.1 核阻挡本领Sn(E)
（能量为E的注入离子） Sn(E)=(dE/dx)n (dE/dx)n --核阻挡能量损失率.
(dE/dx)e --电子阻挡能量损失率; V - 注入离子速度;C - 常数; ke- 与Z1、Z2、M1、M2有关的常数: {对非晶Si:ke≈1x103(eV)1/2μm-1; 对非晶AsGa:ke≈ 3x103(eV)1/2μm-1;}
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注入离子的阻挡本领与注入能量关系
本章主要内容
离子注入特点 离子注入设备原理 离子注入机理 离子注入分布 离子注入损失 注入退火 离子注入与热扩散对比
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4.1 离子注入特点
定义:将带电的、且具有能量的粒子入射到衬底中。 应寄生用沟:C道OM的S工沟艺道的隔阱断,,源特、别漏是,浅调结整。VT的沟道掺杂,防止 特点: ①注入温度低:对Si,室温;对GaAs,<400℃。 （避免了高温扩散的热缺陷;光刻胶,铝等都可作为掩蔽