离子注入介绍
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
聚焦系统：将离子束聚焦为数毫米的离子束
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
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）
掩膜方式需要大面积平行离子束，故一般采用等离子体 型离子源，其典型的有效源尺寸为100μm，亮度为 10~100A/cm².sr
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
概述
离子注入工艺是IC制造中占主导的掺杂技术
离子注入：将杂质离化，通过电场加速，将这些离化的杂质直接 打入晶元中，达到掺杂的目的
解决沟道效应的方法： 1. 偏角注入：一般选取5°~7°倾角，入射能量越小，所
需倾角越大。 2. 衬底非晶化预处理：用高剂量的，Si、Ge、F、Ar等
离子注入表面使表面非晶化。或者长一层SiO2 3. 对靶加一定的温度
注入损伤——损伤
由离子注入引起的大量空位和间隙原子等点缺陷，以及空位与其他杂质结合形 成的复合缺陷等，称为注入损伤，注入损伤与注入离子的剂量，能量，靶材料 和靶温等有关。
加速方式： 先加速后分析 前后加速，中间分析 第二种方式比较常见
聚焦系统和中性束偏移器
5.偏转扫描系统
用来使离子束沿X,Y方向在一定面积内进行扫描 静电光栅扫描，适于中低束流机 机械扫描，适于强束流机
离子束电流的测量
法拉第杯：捕获进入的电荷，测量离子电流 注入剂量：
当一个离子的荷电量为m时，注入剂量为：
离子源——杂质离子的产生 加速管——杂质离子的加速 终端台——离子的控制
离子注入机原理 示意图
离子注入系统
离子源：用于离化杂质的容器。
质量分析器：不同的离子具有不同的荷质比， 因而在质量分析器的磁场中的偏转角度不同， 由此可分离出所需的离子，且纯度很高
加速器：高压静电场，用于加速离子
中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分 离中性原子
质量分析器—— 磁质量分析器
Fm为向心力，离子做圆周运动，圆周半径为r：
从上式可知，满足荷质比
的离子可以通过光阑2。或者对于给定的荷质比 ，可通
过调节磁场B使之满足下式，从而使该离子通过光阑2。
其余的离子则不能通过光阑2，从而达到分选离子的目的。
另外如果连续调节B，可使具有不同荷质比Hale Waihona Puke Baidu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
退火处理也可以减少注入损伤
退火的目的：消除注入损伤，使杂质原子进入到替位位置，而实现电激活。
机理：使移位原子与杂质原子在高温下获得较高的迁移率而在晶体中移动，从 间隙位置移动到替位位置。
退火分为热退火与快速退火
离子注入工艺的优点与限制
可控性好，离子注入能精确控制掺杂的浓度 分布和深度。 可以获得任意的浓度分布。 注入温度低 结面比较平坦 工艺灵活，可以穿透表面薄膜注入到下边的 衬底中，也可以采用多种材料制作掩膜 均匀性和重复性好 横向扩散小 杂质选择范围大 质量分析器的应用保证了杂质的纯度
两种质量分析器的对比：
在E×B质量分析器中，所需离子不改变方向，但在输出的离子束中容易含有中性粒子，磁质量分析 器则相反，所需离子需要改变方向，但其优点是中性粒子束不能通过。
离子加速器
产生高压静电场，用来对离子 加速。该加速能量是决定离子 注入深度的一个重要参量，一 般需要<1e-6Torr的真空环境
注入损伤——注入层的导电特性及退火
注入到半导体中的施主或受主杂质大部分都停留在空隙位置，而处在这个位置 的杂质原子不会提供载流子，也就不会改变半导体的导电特性，达不到掺杂的 目的。
经过适当的退火处理可以使杂质原子的全部或大部分从间隙位置进入到替位位 置而释放出载流子，从而改变半导体的电特性，这个过程称之为杂质原子的电 激活。
。
当入射离子的能量小于E2时，
，以核阻挡为主，散射角
较大，离子运动方向发生较大偏转，射程分布较为分散；
当入射离子的能量大于E2时，
，以电子阻挡为主，散射
角较小，离子做近似直线运动，射程分布较为集中，随着离子能
量的降低，逐渐过度到以核阻挡为主，离子射程的末端又变为折
线
注入离子的浓度分布
非晶靶中注入离子的浓度分布为高斯分布
对液态金属的要求
与容器及钨针不发生任何反应
能与钨针充分均匀地浸润
具有低熔点低蒸气压，以便在真空中 及不太高的温度下保持液态又不蒸发
满足以上要求的金属只有Ga,In,Au,Sn等少数几种，其中Ga是最常用的一种
液态金属离子源（LMIS）
E1是主高压，即离子束的加速电压；E2是针尖与引出极之间 的电压，用于调节针尖表面上液态金属的形状，并将离子引 出；E3是加热器电源。
射程：离子从入射点到静止点所通过的总路程 平均射程：射程的平均值，记为R 投影射程：射程在入射方向上的投影长度，记为 平均投影射程：投影射程的平均值， 投影射程的标准偏差：
平均投影射程
核阻挡本领：
电子阻挡本领： 在dx射程内，离子损失的总能量为：
平均投影射程：
低能区：核阻止为主
中能区：两者同样重要
Freeman 离子源示意图，固体可在源加热炉中蒸发，而气 体可以直接进入放电室
离子源
产生等离子体的方法有热电离，光 电离，电场加速电离等。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的方式产 生的，如直流放电式，射频放电 式等
液态金属离子源（LMIS）
LMIS是近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。此技术可用于离 子注入，离子束曝光，离子束刻蚀等。
共晶合金LMIS
通常用来对各种半导体进行离子注入掺杂的元素，因为熔点高或蒸气压高而无法制成单体LMIS。
根据冶金学原理，由两种或者多种金属组成的合金，其熔点会大大低于组成这种合金的单体金属 的熔点，从而可大大降低合金中金属处于液态时的蒸气压。
例如，金和硅的熔点分别为1063℃和1404℃，他们在此温度的蒸气压分别为1e-3Torr和1e-1Torr。 当以适当的组分组成合金时，其熔点降为370℃，在此温度下，金和硅的蒸气压分别仅为1e22Torr和1e-19Torr。这就满足了LMIS的要求。
式中Q为注入剂量： 注入离子的浓度分布特点： 1. 最大浓度位置在样品内的平均投影射程处而不是表面，注入离子的剂量越
大，浓度峰值越高，注入能量越大， 、 就越大，Nmax越小 2. 在峰值的两侧，注入离子的浓度对称的下降，且下降的速度越来越快。 3. 杂质的横向扩散比扩散工艺小的多
沟道效应
沟道效应：在单晶靶中，当入射离子的速度方向平行于 主晶轴时，会有部分离子可能会行进很长的距离，造成 较深的杂质分布
离子束斑尺寸：通常为5~500nm
质量分析器—— E×B质量分析器
E×B质量分析器
由一套静电偏转器和一套磁偏转器组成E与 B的方向相互垂直
由
得
代入Fm得：
当Fe=Fm时，离子不被偏转，由此可得离子不被偏转 的荷质比为：
备注：黑体字表示矢量
质量分析器—— E×B质量分析器
对于荷质比为所需的离子，可以通过调节偏转电压Vf或者偏转磁场B，使之满足下式，就可使这种离 子不被偏转而通过光阑
对所引出的离子再做质量分析，就可获得所需离子
LMIS的主要技术参数
亮度：亮度的物理意义为单位源面积发射的进入单位立体角 内的离子束电流。LMIS的主要有点之一就是亮度高，其典型 值为e6~e7A /cm².sr
能散度：能散度是离子束能量分布的半高宽度。LMIS的主要 缺点就是能散度大，这将引起离子光学系统的色散，使分辨 率下降。
通常是调节Vf 其他荷质比离子的偏转程度 荷质比为：
在y方向的加速度为：
2.质量分析器—— E×B质量分析器
该离子在受力区域（0~Lf）内的运动方程为：
联立消去t，代入 得：
由此可得偏转量Db： 将B代入得
2.质量分析器—— E×B质量分析器
为屏蔽荷质比qs的离子，光阑半径D必须满足：
若D固定，可以屏蔽下列荷质比的离子： 而满足下列荷质比的离子均可通过 以上各式可用于评价E×B质量分析器的分辨本领
一般CMOS工艺流程需要6~12次离子注入
典型的离子注入工艺参数：能量约为5~200kev 剂量约1e11~1e16/cm²
离子注入工艺及原理
离子注入分类 掩膜方式（投影方式） 聚焦方式（扫描方式或者聚焦离子束方式FIB）
掩膜方式是对整个晶元进行均匀的地毯式注入，同时像扩散工艺一样使用掩蔽膜来对选择性 区域进行掺杂。扩散工艺只能使用SiO2做掩蔽膜，而离子注入可以使用SiO2膜，也可以是光刻 胶等其他膜，掩膜方式用于刻蚀或者注入时的优点是生产效率高，设备相对简单，控制容易， 应用比较早，技术成熟。缺点是需要制作掩膜。
针尖的曲率半径一般为1~5μm。改变E2，可以调节针尖与引 出极之间的电场，使液态金属在针尖除形成一个圆锥，此圆 锥顶的曲率半径只有10nm，这就是LIMS能产生小束斑离子束 的关键
当E2增大到使电场超过液态金属的场蒸发值（Ga的场蒸发值 为15.2V/nm）时，液态金属在圆锥顶产生场蒸发与场电离， 发射金属离子与电子。其中电子被引出极排斥，而金属离子 则被引出极拉出，若改变E2极性，则可排斥离子拉出电子， 使这种源变成电子束源。
高能区：电子阻止为主
固体中的电子可以看做是电子气，电子阻止可以看做是 黏滞气体的阻力，电子阻挡本领与注入离子的速度成正 比
与 的关系：
M1，M2分别是入射离子与靶原子的质量
均投影射程
的计算比较复杂，而且无法得到解析形式的结果，右图是数
值计算的到的结果， 的计算相对简单，离子受电子的阻力正比
于离子速度。在E=E2处，
注入损伤会使载流子迁移率下降，少子寿命降低，PN结的反向漏电流增大
当许多损伤区连在一起，就会形成连续的非晶层。开始形成连续的非晶层的注 入剂量称为临界剂量，当注入剂量小于临界剂量时，损伤量随注入剂量的增大 而增加，当注入计量超过临界计量时，损伤量不再增加而趋于饱和
影响临界量的因素： 1. 注入离子的质量越大，临界量越小 2. 注入离子的能量越大，临界量越小 3. 注入温度越低，临界量越小 4. 注入速度越大，临界量越小
团队
离子注入介绍
合作
效率
文化
CONTENTS
目 录
1 概述 2 离子注入工艺及原理 3 射程与入射离子的分布 4 实际的入射离子分布问题 5 注入损伤与退火 6 离子注入工艺的优势与限制
概述
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，能被电场或者磁场偏转， 能在电场中被加速而获得很高的动能
聚焦方式则需要高亮度小束斑离子源，当液态金属离子 源（LIMS）出现后才得以顺利发展，LIMS典型有效源尺 寸5~500nm，亮度为1e6~1e7A/cm².sr
LIMS
等离子体型源 这里的等离子体指的是部分电 离的气体，等离子体的密度， 压力，温度等物理量与普通气 体相同，正负电荷数相等，宏 观上为电中性，但其电学特性 发生了巨大变化，成为一种电 导率很高的流体。
注入损伤——损伤
当入射离子的能量较小时，以核阻挡为主，损 伤较多，但损伤区较浅
当入射离子的能量较大时，先以电子阻挡为主， 损伤较少，随着离子能量的降低，逐渐过渡到 核阻挡为主，损伤变得严重，这时损伤区较深。
当入射离子较轻时，入射离子散射角度较大， 其运动轨迹呈锯齿状，所产生的损伤密度小， 但范围较大。 当入射离子较重时，入射离子的散射角度较小， 其运动轨迹较直，所产生的损伤密度大，容易 形成非晶区，但范围较小。
聚焦方式的优点是不需要掩膜，图形灵活，缺点是生产效率低设备复杂。聚焦方式的关键技术：
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级数量级细束，并使之偏转扫描的离子光学系统。
离子注入工艺及原理
1.离子注入技术的三大基本要素
离子的产生 离子的加速 离子的控制
2.离子注入系统的三大组成部分
工作室
室内有安装靶片的样品架，样品架上备有对靶片加热或冷却的装置 并与电流积分仪相连以检测注入剂量，必要时样品架也可以做相应 的运动 注入机还备有真空排气系统和电子控制装置。为减少中性束离子， 系统真空度一般为1e-4Pa
平均投影射程
离子注入过程：入射离子与半导体（靶）的原子核及电子 不断发生碰撞，其方向改变能量减少，经过一段曲折的运 动后，因动能耗尽而停止在靶中某处
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
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）
掩膜方式需要大面积平行离子束，故一般采用等离子体 型离子源，其典型的有效源尺寸为100μm，亮度为 10~100A/cm².sr
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
概述
离子注入工艺是IC制造中占主导的掺杂技术
离子注入：将杂质离化，通过电场加速，将这些离化的杂质直接 打入晶元中，达到掺杂的目的
解决沟道效应的方法： 1. 偏角注入：一般选取5°~7°倾角，入射能量越小，所
需倾角越大。 2. 衬底非晶化预处理：用高剂量的，Si、Ge、F、Ar等
离子注入表面使表面非晶化。或者长一层SiO2 3. 对靶加一定的温度
注入损伤——损伤
由离子注入引起的大量空位和间隙原子等点缺陷，以及空位与其他杂质结合形 成的复合缺陷等，称为注入损伤，注入损伤与注入离子的剂量，能量，靶材料 和靶温等有关。
加速方式： 先加速后分析 前后加速，中间分析 第二种方式比较常见
聚焦系统和中性束偏移器
5.偏转扫描系统
用来使离子束沿X,Y方向在一定面积内进行扫描 静电光栅扫描，适于中低束流机 机械扫描，适于强束流机
离子束电流的测量
法拉第杯：捕获进入的电荷，测量离子电流 注入剂量：
当一个离子的荷电量为m时，注入剂量为：
离子源——杂质离子的产生 加速管——杂质离子的加速 终端台——离子的控制
离子注入机原理 示意图
离子注入系统
离子源：用于离化杂质的容器。
质量分析器：不同的离子具有不同的荷质比， 因而在质量分析器的磁场中的偏转角度不同， 由此可分离出所需的离子，且纯度很高
加速器：高压静电场，用于加速离子
中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分 离中性原子
质量分析器—— 磁质量分析器
Fm为向心力，离子做圆周运动，圆周半径为r：
从上式可知，满足荷质比
的离子可以通过光阑2。或者对于给定的荷质比 ，可通
过调节磁场B使之满足下式，从而使该离子通过光阑2。
其余的离子则不能通过光阑2，从而达到分选离子的目的。
另外如果连续调节B，可使具有不同荷质比Hale Waihona Puke Baidu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
退火处理也可以减少注入损伤
退火的目的：消除注入损伤，使杂质原子进入到替位位置，而实现电激活。
机理：使移位原子与杂质原子在高温下获得较高的迁移率而在晶体中移动，从 间隙位置移动到替位位置。
退火分为热退火与快速退火
离子注入工艺的优点与限制
可控性好，离子注入能精确控制掺杂的浓度 分布和深度。 可以获得任意的浓度分布。 注入温度低 结面比较平坦 工艺灵活，可以穿透表面薄膜注入到下边的 衬底中，也可以采用多种材料制作掩膜 均匀性和重复性好 横向扩散小 杂质选择范围大 质量分析器的应用保证了杂质的纯度
两种质量分析器的对比：
在E×B质量分析器中，所需离子不改变方向，但在输出的离子束中容易含有中性粒子，磁质量分析 器则相反，所需离子需要改变方向，但其优点是中性粒子束不能通过。
离子加速器
产生高压静电场，用来对离子 加速。该加速能量是决定离子 注入深度的一个重要参量，一 般需要<1e-6Torr的真空环境
注入损伤——注入层的导电特性及退火
注入到半导体中的施主或受主杂质大部分都停留在空隙位置，而处在这个位置 的杂质原子不会提供载流子，也就不会改变半导体的导电特性，达不到掺杂的 目的。
经过适当的退火处理可以使杂质原子的全部或大部分从间隙位置进入到替位位 置而释放出载流子，从而改变半导体的电特性，这个过程称之为杂质原子的电 激活。
。
当入射离子的能量小于E2时，
，以核阻挡为主，散射角
较大，离子运动方向发生较大偏转，射程分布较为分散；
当入射离子的能量大于E2时，
，以电子阻挡为主，散射
角较小，离子做近似直线运动，射程分布较为集中，随着离子能
量的降低，逐渐过度到以核阻挡为主，离子射程的末端又变为折
线
注入离子的浓度分布
非晶靶中注入离子的浓度分布为高斯分布
对液态金属的要求
与容器及钨针不发生任何反应
能与钨针充分均匀地浸润
具有低熔点低蒸气压，以便在真空中 及不太高的温度下保持液态又不蒸发
满足以上要求的金属只有Ga,In,Au,Sn等少数几种，其中Ga是最常用的一种
液态金属离子源（LMIS）
E1是主高压，即离子束的加速电压；E2是针尖与引出极之间 的电压，用于调节针尖表面上液态金属的形状，并将离子引 出；E3是加热器电源。
射程：离子从入射点到静止点所通过的总路程 平均射程：射程的平均值，记为R 投影射程：射程在入射方向上的投影长度，记为 平均投影射程：投影射程的平均值， 投影射程的标准偏差：
平均投影射程
核阻挡本领：
电子阻挡本领： 在dx射程内，离子损失的总能量为：
平均投影射程：
低能区：核阻止为主
中能区：两者同样重要
Freeman 离子源示意图，固体可在源加热炉中蒸发，而气 体可以直接进入放电室
离子源
产生等离子体的方法有热电离，光 电离，电场加速电离等。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的方式产 生的，如直流放电式，射频放电 式等
液态金属离子源（LMIS）
LMIS是近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。此技术可用于离 子注入，离子束曝光，离子束刻蚀等。
共晶合金LMIS
通常用来对各种半导体进行离子注入掺杂的元素，因为熔点高或蒸气压高而无法制成单体LMIS。
根据冶金学原理，由两种或者多种金属组成的合金，其熔点会大大低于组成这种合金的单体金属 的熔点，从而可大大降低合金中金属处于液态时的蒸气压。
例如，金和硅的熔点分别为1063℃和1404℃，他们在此温度的蒸气压分别为1e-3Torr和1e-1Torr。 当以适当的组分组成合金时，其熔点降为370℃，在此温度下，金和硅的蒸气压分别仅为1e22Torr和1e-19Torr。这就满足了LMIS的要求。
式中Q为注入剂量： 注入离子的浓度分布特点： 1. 最大浓度位置在样品内的平均投影射程处而不是表面，注入离子的剂量越
大，浓度峰值越高，注入能量越大， 、 就越大，Nmax越小 2. 在峰值的两侧，注入离子的浓度对称的下降，且下降的速度越来越快。 3. 杂质的横向扩散比扩散工艺小的多
沟道效应
沟道效应：在单晶靶中，当入射离子的速度方向平行于 主晶轴时，会有部分离子可能会行进很长的距离，造成 较深的杂质分布
离子束斑尺寸：通常为5~500nm
质量分析器—— E×B质量分析器
E×B质量分析器
由一套静电偏转器和一套磁偏转器组成E与 B的方向相互垂直
由
得
代入Fm得：
当Fe=Fm时，离子不被偏转，由此可得离子不被偏转 的荷质比为：
备注：黑体字表示矢量
质量分析器—— E×B质量分析器
对于荷质比为所需的离子，可以通过调节偏转电压Vf或者偏转磁场B，使之满足下式，就可使这种离 子不被偏转而通过光阑
对所引出的离子再做质量分析，就可获得所需离子
LMIS的主要技术参数
亮度：亮度的物理意义为单位源面积发射的进入单位立体角 内的离子束电流。LMIS的主要有点之一就是亮度高，其典型 值为e6~e7A /cm².sr
能散度：能散度是离子束能量分布的半高宽度。LMIS的主要 缺点就是能散度大，这将引起离子光学系统的色散，使分辨 率下降。
通常是调节Vf 其他荷质比离子的偏转程度 荷质比为：
在y方向的加速度为：
2.质量分析器—— E×B质量分析器
该离子在受力区域（0~Lf）内的运动方程为：
联立消去t，代入 得：
由此可得偏转量Db： 将B代入得
2.质量分析器—— E×B质量分析器
为屏蔽荷质比qs的离子，光阑半径D必须满足：
若D固定，可以屏蔽下列荷质比的离子： 而满足下列荷质比的离子均可通过 以上各式可用于评价E×B质量分析器的分辨本领
一般CMOS工艺流程需要6~12次离子注入
典型的离子注入工艺参数：能量约为5~200kev 剂量约1e11~1e16/cm²
离子注入工艺及原理
离子注入分类 掩膜方式（投影方式） 聚焦方式（扫描方式或者聚焦离子束方式FIB）
掩膜方式是对整个晶元进行均匀的地毯式注入，同时像扩散工艺一样使用掩蔽膜来对选择性 区域进行掺杂。扩散工艺只能使用SiO2做掩蔽膜，而离子注入可以使用SiO2膜，也可以是光刻 胶等其他膜，掩膜方式用于刻蚀或者注入时的优点是生产效率高，设备相对简单，控制容易， 应用比较早，技术成熟。缺点是需要制作掩膜。
针尖的曲率半径一般为1~5μm。改变E2，可以调节针尖与引 出极之间的电场，使液态金属在针尖除形成一个圆锥，此圆 锥顶的曲率半径只有10nm，这就是LIMS能产生小束斑离子束 的关键
当E2增大到使电场超过液态金属的场蒸发值（Ga的场蒸发值 为15.2V/nm）时，液态金属在圆锥顶产生场蒸发与场电离， 发射金属离子与电子。其中电子被引出极排斥，而金属离子 则被引出极拉出，若改变E2极性，则可排斥离子拉出电子， 使这种源变成电子束源。
高能区：电子阻止为主
固体中的电子可以看做是电子气，电子阻止可以看做是 黏滞气体的阻力，电子阻挡本领与注入离子的速度成正 比
与 的关系：
M1，M2分别是入射离子与靶原子的质量
均投影射程
的计算比较复杂，而且无法得到解析形式的结果，右图是数
值计算的到的结果， 的计算相对简单，离子受电子的阻力正比
于离子速度。在E=E2处，
注入损伤会使载流子迁移率下降，少子寿命降低，PN结的反向漏电流增大
当许多损伤区连在一起，就会形成连续的非晶层。开始形成连续的非晶层的注 入剂量称为临界剂量，当注入剂量小于临界剂量时，损伤量随注入剂量的增大 而增加，当注入计量超过临界计量时，损伤量不再增加而趋于饱和
影响临界量的因素： 1. 注入离子的质量越大，临界量越小 2. 注入离子的能量越大，临界量越小 3. 注入温度越低，临界量越小 4. 注入速度越大，临界量越小
团队
离子注入介绍
合作
效率
文化
CONTENTS
目 录
1 概述 2 离子注入工艺及原理 3 射程与入射离子的分布 4 实际的入射离子分布问题 5 注入损伤与退火 6 离子注入工艺的优势与限制
概述
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，能被电场或者磁场偏转， 能在电场中被加速而获得很高的动能
聚焦方式则需要高亮度小束斑离子源，当液态金属离子 源（LIMS）出现后才得以顺利发展，LIMS典型有效源尺 寸5~500nm，亮度为1e6~1e7A/cm².sr
LIMS
等离子体型源 这里的等离子体指的是部分电 离的气体，等离子体的密度， 压力，温度等物理量与普通气 体相同，正负电荷数相等，宏 观上为电中性，但其电学特性 发生了巨大变化，成为一种电 导率很高的流体。
注入损伤——损伤
当入射离子的能量较小时，以核阻挡为主，损 伤较多，但损伤区较浅
当入射离子的能量较大时，先以电子阻挡为主， 损伤较少，随着离子能量的降低，逐渐过渡到 核阻挡为主，损伤变得严重，这时损伤区较深。
当入射离子较轻时，入射离子散射角度较大， 其运动轨迹呈锯齿状，所产生的损伤密度小， 但范围较大。 当入射离子较重时，入射离子的散射角度较小， 其运动轨迹较直，所产生的损伤密度大，容易 形成非晶区，但范围较小。
聚焦方式的优点是不需要掩膜，图形灵活，缺点是生产效率低设备复杂。聚焦方式的关键技术：
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级数量级细束，并使之偏转扫描的离子光学系统。
离子注入工艺及原理
1.离子注入技术的三大基本要素
离子的产生 离子的加速 离子的控制
2.离子注入系统的三大组成部分
工作室
室内有安装靶片的样品架，样品架上备有对靶片加热或冷却的装置 并与电流积分仪相连以检测注入剂量，必要时样品架也可以做相应 的运动 注入机还备有真空排气系统和电子控制装置。为减少中性束离子， 系统真空度一般为1e-4Pa
平均投影射程
离子注入过程：入射离子与半导体（靶）的原子核及电子 不断发生碰撞，其方向改变能量减少，经过一段曲折的运 动后，因动能耗尽而停止在靶中某处