离子注入技术(Implant)
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注入离子分布(高斯型)
RP：投影射程，射 程的平均值
2.3 退火工艺
• 注入离子会引起晶格损伤（一个高能离子可以 引起数千个晶格原子位移）。 • 离子注入后需要将注入离子激活。
离子注入后必须进行退火处理， 离子注入后必须进行退火处理，目的是消除 注入损伤和激活杂质。在半导体制造行业通 注入损伤和激活杂质 常采用快速热退火 (RTA，Rapid Thermal Annealing )。
1、离子注入将在靶中产生大量晶格缺陷； 离子注入将在靶中产生大量晶格缺陷； 2、离子注入难以获得很深的结（一般在 离子注入难以获得很深的结（
1um以 内，例如对于100keV离子的平均射程的典型值约为0.1um ）；
离子注入的生产效率比扩散工艺低； 3、离子注入的生产效率比扩散工艺低； 离子注入系统复杂昂贵。 4、离子注入系统复杂昂贵。
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。 注：离子束（Ion Beam）用途 E < 10 KeV ，刻蚀、镀膜 E = 10 ~ 50 KeV，曝光 E > 50 KeV，注入掺杂
离子束加工方式可分为 掩模方式（投影方式） 1、掩模方式（投影方式） 聚焦方式（ Beam） 2、聚焦方式（FIB,Focus Ion Beam） 掩模方式需要大面积平行离子束源，故一般采用等离 掩模方式 子体型离子源，其典型的有效源尺寸为100 µm，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 聚焦方式 子源（LMIS , Liquid Metal Ion Source ）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 。
2.2 注入离子浓度分布
离子注入过程：入射离子与半导体（ 离子注入过程：入射离子与半导体（靶）的原子核和 电子不断发生碰撞，其方向改变，能量减少， 电子不断发生碰撞，其方向改变，能量减少，经过一 段曲折路径的运动后，因动能耗尽而停止在某处。 段曲折路径的运动后，因动能耗尽而停止在某处。 离子浓度呈高斯分布 高斯分布。 离子浓度呈高斯分布。
离子注入技术(Implant) 离子注入技术
姓名：张贺 学号：1081120115
1 综述 2 基本原理和基本结构 3 技术指标 4 应用及结论
1
综述 • 最早应用于原子物理和核物理研究 • 提出于1950’s • 1970’s中期引入半导体制造领域
2
基本原理和基本结构 基本原理：离子注入（Implant）是一种对
一个离子引起的晶格损伤
轻离子
重离子
退火前后的比较
退火前
退火后
离子注入与扩散的比较 一 言 以 蔽 之
离子注入 低温，光刻胶掩膜 室温或低于400℃ 各向异性 扩散 高温，硬掩膜 900－1200 ℃
： 可 控 性 好
1 2 3
各向同性
可以独立控制结深和浓 不能独立控制结深和 度 浓度
离子注入的缺点 离子注入的缺点
离子注入系统示意图
离子注入系统实物图
2.1 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 等离子体型离子源、 等离子体型离子源 子源（ 子源（LMIS, Liquid Metal Ion Source ）。
LMIS 的类型、结构和发射机理 的类型、 针尖的曲率半径为 ro = 1 ~ 5 µm，改变 E2 可 液态金属 以调节针尖与引出极之 间的电场， 间的电场，使液态金属 在针尖处形成一个圆锥， 在针尖处形成一个圆锥， 钨针 此圆锥顶的曲率半径 仅 的数量级， 有 10 nm 的数量级， 这就是 LMIS 能产生小 束斑离子束的关键。 束斑离子束的关键。
基本结构：离子注入系统（传统） 基本结构：离子注入系统（传统）
聚焦系统：用来将加速后的离子聚集 聚焦系统： 成直径为数毫米的离子束。 成直径为数毫米的离子束。 偏转扫描系统： 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。 方向的一定面积内进行扫描。 工作室：放置样品的地方， 工作室：放置样品的地方，其位置可 调。
GSD/200E2离子注入机技术指标 3.160KeV注入机的最大束流
离子注入机设备与发展
离子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ入机设备与发展
目前最大的几家IMP设备厂商是VARIAN（瓦 里安 ）, AXCELIS, AIBT（汉辰科技 ）, 而全球最大的设备厂商AMAT（应用材料）基 本退出了IMPLANTER的领域，高能离子注入 机以AXCELIS为主，主要为批量注入，而 Varian则占领了Single的市场 。 22nm以下的离子注入机
4 总结
未来电子技术发展水平的瓶颈； 未来电子技术发展水平的瓶颈； 未来高精工艺的发展方向； 未来高精工艺的发展方向； 未来尖端技术如航空航天、 未来尖端技术如航空航天、军事等领域 所必须的基础。 所必须的基础。
Thank you!
3 离子注入的应用
半导体掺杂工艺： 大规模集成电路 固体材料表面改性： 抗腐蚀、硬度、耐磨、润滑 光波导: 光纤传感器 太阳能电池
离子注入机设备与发展
中束流 µA 350D NV6200A NV10-80 大束流 mA NV10-160 NV10-160SD NV10-180
GSD/200E2离子注入机技术指标 1.离子束能量 80KeV 形式：2 - 80KeV（也可选90KeV） 160KeV形式：5 – 160KeV(也可选180KeV) 2.80KeV注入机的最大束流
基本结构：离子注入系统（传统） 基本结构：离子注入系统（传统）
离子源： 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： 质量分析器：不同离子具有不同的电荷质量 比，因而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。 加速器： 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（离子能量为100keV量级)。 中性束偏移器： 中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分 离中性原子。
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注入离子分布(高斯型)
RP：投影射程，射 程的平均值
2.3 退火工艺
• 注入离子会引起晶格损伤（一个高能离子可以 引起数千个晶格原子位移）。 • 离子注入后需要将注入离子激活。
离子注入后必须进行退火处理， 离子注入后必须进行退火处理，目的是消除 注入损伤和激活杂质。在半导体制造行业通 注入损伤和激活杂质 常采用快速热退火 (RTA，Rapid Thermal Annealing )。
1、离子注入将在靶中产生大量晶格缺陷； 离子注入将在靶中产生大量晶格缺陷； 2、离子注入难以获得很深的结（一般在 离子注入难以获得很深的结（
1um以 内，例如对于100keV离子的平均射程的典型值约为0.1um ）；
离子注入的生产效率比扩散工艺低； 3、离子注入的生产效率比扩散工艺低； 离子注入系统复杂昂贵。 4、离子注入系统复杂昂贵。
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。 注：离子束（Ion Beam）用途 E < 10 KeV ，刻蚀、镀膜 E = 10 ~ 50 KeV，曝光 E > 50 KeV，注入掺杂
离子束加工方式可分为 掩模方式（投影方式） 1、掩模方式（投影方式） 聚焦方式（ Beam） 2、聚焦方式（FIB,Focus Ion Beam） 掩模方式需要大面积平行离子束源，故一般采用等离 掩模方式 子体型离子源，其典型的有效源尺寸为100 µm，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 聚焦方式 子源（LMIS , Liquid Metal Ion Source ）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 。
2.2 注入离子浓度分布
离子注入过程：入射离子与半导体（ 离子注入过程：入射离子与半导体（靶）的原子核和 电子不断发生碰撞，其方向改变，能量减少， 电子不断发生碰撞，其方向改变，能量减少，经过一 段曲折路径的运动后，因动能耗尽而停止在某处。 段曲折路径的运动后，因动能耗尽而停止在某处。 离子浓度呈高斯分布 高斯分布。 离子浓度呈高斯分布。
离子注入技术(Implant) 离子注入技术
姓名：张贺 学号：1081120115
1 综述 2 基本原理和基本结构 3 技术指标 4 应用及结论
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综述 • 最早应用于原子物理和核物理研究 • 提出于1950’s • 1970’s中期引入半导体制造领域
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基本原理和基本结构 基本原理：离子注入（Implant）是一种对
一个离子引起的晶格损伤
轻离子
重离子
退火前后的比较
退火前
退火后
离子注入与扩散的比较 一 言 以 蔽 之
离子注入 低温，光刻胶掩膜 室温或低于400℃ 各向异性 扩散 高温，硬掩膜 900－1200 ℃
： 可 控 性 好
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各向同性
可以独立控制结深和浓 不能独立控制结深和 度 浓度
离子注入的缺点 离子注入的缺点
离子注入系统示意图
离子注入系统实物图
2.1 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 等离子体型离子源、 等离子体型离子源 子源（ 子源（LMIS, Liquid Metal Ion Source ）。
LMIS 的类型、结构和发射机理 的类型、 针尖的曲率半径为 ro = 1 ~ 5 µm，改变 E2 可 液态金属 以调节针尖与引出极之 间的电场， 间的电场，使液态金属 在针尖处形成一个圆锥， 在针尖处形成一个圆锥， 钨针 此圆锥顶的曲率半径 仅 的数量级， 有 10 nm 的数量级， 这就是 LMIS 能产生小 束斑离子束的关键。 束斑离子束的关键。
基本结构：离子注入系统（传统） 基本结构：离子注入系统（传统）
聚焦系统：用来将加速后的离子聚集 聚焦系统： 成直径为数毫米的离子束。 成直径为数毫米的离子束。 偏转扫描系统： 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。 方向的一定面积内进行扫描。 工作室：放置样品的地方， 工作室：放置样品的地方，其位置可 调。
GSD/200E2离子注入机技术指标 3.160KeV注入机的最大束流
离子注入机设备与发展
离子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ入机设备与发展
目前最大的几家IMP设备厂商是VARIAN（瓦 里安 ）, AXCELIS, AIBT（汉辰科技 ）, 而全球最大的设备厂商AMAT（应用材料）基 本退出了IMPLANTER的领域，高能离子注入 机以AXCELIS为主，主要为批量注入，而 Varian则占领了Single的市场 。 22nm以下的离子注入机
4 总结
未来电子技术发展水平的瓶颈； 未来电子技术发展水平的瓶颈； 未来高精工艺的发展方向； 未来高精工艺的发展方向； 未来尖端技术如航空航天、 未来尖端技术如航空航天、军事等领域 所必须的基础。 所必须的基础。
Thank you!
3 离子注入的应用
半导体掺杂工艺： 大规模集成电路 固体材料表面改性： 抗腐蚀、硬度、耐磨、润滑 光波导: 光纤传感器 太阳能电池
离子注入机设备与发展
中束流 µA 350D NV6200A NV10-80 大束流 mA NV10-160 NV10-160SD NV10-180
GSD/200E2离子注入机技术指标 1.离子束能量 80KeV 形式：2 - 80KeV（也可选90KeV） 160KeV形式：5 – 160KeV(也可选180KeV) 2.80KeV注入机的最大束流
基本结构：离子注入系统（传统） 基本结构：离子注入系统（传统）
离子源： 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： 质量分析器：不同离子具有不同的电荷质量 比，因而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。 加速器： 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（离子能量为100keV量级)。 中性束偏移器： 中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分 离中性原子。