离子注入资料

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§5.2特点和参数
一、 离子注入特点
离子纯度高、能量单一 注入剂量范围较宽、精度高 SiO2、SiN、Al、光刻Hale Waihona Puke Baidu等都可以作为选择性掺杂的掩蔽膜 可得到各种形状的分布 是非平衡过程
避免高温扩散引起的热缺陷
可实现化合物半导体的掺杂
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二、

离子注入缺点
晶格有损伤
dE Sn (E) ( )n dx dE Se ( E ) ( )e dx 1 N 1 N



1968：报道了采用离子注入技术制造的、具有突变型杂质分布的变容 二极管以及Al栅自对准MOS晶体管。
1972：对离子注入现象有更深入的了解，并且采用此技术制造了GaAs 高速集成电路。


1973：第一台商用注入机面世。
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为什么要采用离子注入（扩散存在的问题）：

横向扩散： 晶体损伤： 低掺杂和超浅结： 表面效应 ： 对表面污染的控制能力：

1952：美国贝尔实验室开始用离子束轰击技术改变半导体特性 1954：Shokley提出采用该技术能制造半导体器件，并预言用此方法可 以制造薄基区的高频晶体管 1955：英国W.D.Cussins用硼离子轰击Ge晶片时，可在n型材料上形成p 型区。 1960：对离子射程计算、测量、辐射损伤效应、沟道效应等方面的重 要研究已经完成。


很浅或很深的注入分布都难以得到，甚至是不可得到的
离子注入产率受到限制 设备昂贵
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三、离子注入中涉及到的有关参数
1. 剂量Q：指单位面积硅片表面注入的离子数
Q
It enA
2. 射程R：指离子注入过程中离子穿入硅片的总距离
3. 投影射程Rp：指注入离子的总射程在入射方向上的投
影距离。
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Incident ion beam
100 MW 100 MW 100 MW 100 MW 100 MW
+100 kV
Linear accelerator
Atomic mass analysis magnet
Final energy analysis magnet
Wafer Source Scan disk
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终端台 （A)扫描装置
4 、中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度使中性原 子分离出去。
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5、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。 6、偏转扫描系统：用来实现离子束在 X 、Y 方向的一定面 积内进行扫描。 7、工作室：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 Acceleration column Process chamber
或者对于给定的具有上述荷质比的离子，可通过调节磁场B 使
1 2： 之满足下式，从而使该种离子通过光阑
其余的离子则不能通过光阑2，由此达到分选离子的目的。 另外，若固定 r 和Vext ，通过连续改变B ，可使具有不同荷 质比的离子依次通过光阑 2，测量这些不同荷质比的离子束流 的强度，可得到入射离子束的质谱分布。
Scanning disk
Photograph courtesy of Varian Semiconductor, VIISion 80 Source/Terminal side
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离子源（Nielsen 系统）：
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磁质量分析器：
Ion source Extraction assembly Analyzing magnet Ion beam Lighter ions
第五章 离子注入（Ion Implantation） §5.1概述
1. 介绍离子注入掺杂在硅片制造过程中的目的和应 用. 2. 对离子注入有整体的认识，包括优缺点. 3. 讨论剂量和射程在离子注入中的重要性. 4. 描述离子注入机的５个主要子系统. 5. 解释离子注入中的退火效应和沟道效应.
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离子注入的发展
Silicon substrate
Rp Stopping point for a single ion DRp dopant distribution
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§5.3 离子注入系统
1 、离子源：用于离化杂质的容器，有阴阳两个电极，阴 极接地，阳极接高压（约1000V）。常用的杂质源为 PH3 、 B2H3 、BF2 、AsH3 等。 2、质量分析器：由于不同离子具有不同的电荷质量比， 则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。 3 、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。
Ion beam X-axis deflection
Current Twist integrator
Tilt
(B)法拉第杯
Scanning direction
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§5.4注入离子在靶中的分布(LSS理论)
J.Lindhard, M.Scharff, H.E.Schiott (LSS) 1、核阻止 2、电子阻止
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2 2V B ext q r2 m
M DM
R
φ
L
M
D
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离子加速器：
Electrode Ion beam From analyzing magnet
+100 kV +80 kV +60 kV +40 kV +20 kV 0 kV
Ion beam To process chamber
Neutrals Heavy ions 石墨
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磁质量分析器：
光阑1
B Fm
v
光阑2
r
2qVext F qvB qB为向心力，使离子作圆周运动， m
半径为：
mv 2mVext r 2 qB qB

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q 2Vext 2 2 的离子可通过光阑2。 从上式可知，满足荷质比 m r B
Low frequency Yaxis deflection High frequency X-axis deflection Scanning disk with wafers Suppressor aperture Wafer Faraday cup
Sampling slit in disk
Y-axis deflection