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第五章 离子注入2009

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第5章 离子注入(电子科大mems课件)

第5章 离子注入(电子科大mems课件)

Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
5
5.1 离子注入系统
离子源：用于离化杂质的容器。 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， 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， 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。 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 加速器：为高压静电场，用来对离子束加速。 是决定离子注入深度的一个重要参量。 是决定离子注入深度的一个重要参量。 中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分离中性原子。 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。 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： 偏转扫描系统：使离子束沿 x、y 方向扫描。 、 方向扫描。 工作室（靶室）：放置样品的地方，其位置可调。 工作室（靶室）：放置样品的地方，其位置可调。 ）：放置样品的地方
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。 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 质电离成离子并聚焦成离子束， 高的动能后，注入到硅中（ 而实现掺杂。 高的动能后，注入到硅中（称为 “靶” ）而实现掺杂。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
4
聚焦方式的优点是不需掩模，图形形成灵活。 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。 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； 、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。 离子光学系统。

第5章离子注入

第5章离子注入

分布的高次矩
4. 四次矩与高斯峰值的畸
变有关，畸变用峭度 表示：
= m4/ RP4 高斯分布的峭度为3， 峭度越大，高斯曲线顶 部越平。 、 可用蒙特卡罗模 拟得到，也可测量实际 分布曲线拟合得出。
a 高斯分布 b 负偏斜度 c 大陡度
5. 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。
硅中常用杂质的临界角
上：（111） 下：（100）
3. 离子与衬底原子的相互作用
注入离子与衬底原子的相互作用，决定了注入离子的分 布、衬底的损伤。
注入离子与靶原子的相互作用，主要有离子与电子的相 互作用，称为电子阻止和离子与核的相互作用，称为核阻
止。核阻止主要表现为库仑散射。
电子阻止在每单位长度上的能量损失可表示为能量梯度，
中束流离子源（CF-3000）
Eaton注入机 离子源
大束流离子源（8-10mA） 中束流离子源（NV-6200）
蒸发离子源的结构
磁分析器原理
设吸出电压为V，对电荷q的正离子，能量为qV(eV)。
E qV 1 mv 2 , v 2qV
2
m
经过磁场强度为B、方向与离子运动方向垂直的分析腔，
离子注入工艺的特点
1. 低温工艺 2. 注入剂量可精确控制 3. 注入深度可控 4.不受固溶度限制 5.半导体掺杂注入需要退火以激 活杂质和消除损伤 6.材料改性注入可不退火引入亚稳态获得特殊性能 7.无公害技术 8.可完成各种复合掺杂

第五章离子注入_572605374

第五章离子注入_572605374

x j = Rp + ΔRp
2 ln⎜⎜⎝⎛
1
φ ⎟⎞
2π ΔRp N B ⎟⎠
（假设0 ≤ x ≤ Rp时，均有N(x) > NB）
23
实际的入射离子分布问题
沟道效应 横向分布 复合靶注入
24
沟道效应：在单晶靶中，当离子速度方向平行于主晶轴时，有 部分离子可能会行进很长距离，造成较深的杂质分布。
深度为Rp时的离子浓度为最大值： Cp =
Q
2π ΔRp
离子浓度沿硅片深度的积分就是注入剂量：
∫∞
Q = N (x)dx = 0
2π ΔRpCp
16
200KeV implants
17
一个任意的杂质分布可用一系列的矩来描述：归一化的一次矩是投影射 程，二次矩是标准偏差，三次矩是偏斜度；四次矩是峭度。
静电光栅扫描：适于中低束流机 机械扫描：适于强束流机
剂量控制
法拉第杯：捕获进入的电荷，测
量离子流
注入剂量：
Dose =
1 A
∫
I q
dt
当一个离子的荷电态为m时，
∫ 注入剂量为 Dose =
1
I dt
mA q
两种注入机扫描系统
9
离子注入工艺控制参数
杂质离子种类：P+，As+，B+，BF2+，P++，B++，… 注入能量（单位：Kev）—— 决定杂质分布深度和形状 注入剂量（单位：原子数/cm2）—— 决定杂质浓度 束流（单位：mA或μA）—— 决定扫描时间
注入损伤阈值剂量：
超过某一剂量注入后，形成完全 损伤，晶体的长程有序被破坏。

第五章 离子注入

第五章 离子注入
而对于一般NMOS的VT调节的剂量为：B＋ 1-5×1012 cm-2 注入时间为~30分钟 对比一下：如果采用预淀积扩散（1000 C），表面浓度 为固溶度1020 cm-3时， 2C s Q Dt 每秒剂量达1013/cm2 D～10-离子在不同注入能量下的特性
Distribution according to Gaussian function
x2 QT C x, t exp 4 Dt Dt
第五章 离子注入 实 际 工 艺 中 二 步 扩 散
第一步 为恒定表面浓度的扩散（Pre-deposition） （称为预沉积或预扩散） 控制掺入的杂质总量
电荷/动量交换导致入射离子运 动方向的改变（<核间作用）
把固体中的电子看成自由电子气，电子的阻止就类似于粘滞气 体的阻力（一阶近似）。电子阻止本领和注入离子的能量的平 方根成正比。 1/ 2 15 1/ 2 2
Se E Cvion kE , k 0.2 10 eV cm
第五章 离子注入
ETrans 4 m1m2 E 2 (m 1 m2 )
核阻止能力的一阶近似为：
m——质量， Z——原子序数 下标1——离子，下标2——靶 例如：磷离子Z1 = 15, m1 = 31 注入硅 Z2 = 14, m2 = 28, 计算可得： Sn ~ 550 keV-m2
Sn E 2.8 10
15
Z1Z 2
23 Z12 3 Z 2
m1 eV cm2 m1 m2
摘自J.F. Gibbons, Proc. IEEE, Vol. 56 (3), March, 1968, p. 295
第五章 离子注入
第五章 离子注入
电子阻止本领

第五章离子注入

第五章离子注入

第五章 离子注入
离子注入过程是一个 非平衡过程，高能离子进入 靶后不断与原子核及其核外电子碰撞，逐步损失 能量，最后停下来。停下来的位置是随机的，大 部分不在晶格上，因而没有电活性。
第五章 离子注入
注入离子如何在体内静止？
LSS理论——对在非晶靶中注入离子的射程分布的研究
? 1963年，Lindhard, Scharff and Schiott首先确立了注入离 子在靶内分布理论，简称 LSS理论。
? 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
第五章 离子注入
离子注入特点
? 各种杂质浓度分布与注入浓度可通过精确控制掺杂剂量（ 1011-1018 cm-2）和能量（ 1-400 keV ）来达到
? 平面上杂质掺杂分布非常均匀（ 1% variation across an 8 '' wafer） ? 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；可防止玷污，自由
C serfc
?? ?
2
x Dt
?? ?
Distribution according to Gaussian function
C ?x, t ??
QT
? Dt
exp ???? ?
x2 4 Dt
????
第五章 离子注入
实
第一步 为恒定表面浓度的扩散（Pre-deposition） （称为预沉积或预扩散）
Z1Z2
m1 eV cm2
Z12 3
?
Z
2 2
3
m1 ? m2

离子注入技术培训

离子注入技术培训
金属表面改性
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

5离子注入


• (4)束流是发散的，可以省去束流约束与扫 描系统而达到大的注入面积 • 其革命性主要表现在两个方面 • 一是它的高性能 • 一是使离子注入机的结构大大简化，主要 由离子源、靶室和真空系统这三部分组成
• M EVVA源金属离子注入特别适用于以下几 类工模具和零部件的表面处理： • (1)金属切削工具(包括各种用于精密加 工和数控加工中使用的钻、铣、车、磨等 工具和硬质合金工具)，一般可以提高使用 寿命3-10倍； • (2)热挤压和注塑模具，可使能耗降低 20%左右，延长使用寿命10倍左右；
2、离子注入基本原理
• 用一定能量的离子束入射到材料中去， 离子束与材料中的原子或分子将发生 一系列物理的和化学的相互作用，入 射离子逐渐损失能量，最后停留在材 料中，并引起材料表面成分、结构和 性能发生变化，从而优化材料表面性 能，或获得某些新的优异性能。
2、离子注入基本原理
• 离子束材料改性，内容主要包括三个方面 1、改善物理性能 例如改善材料发面的电磁 学及光学性能，提尚超导的转变温度等； 2．改善化学性能 例如提高材料表面的抗腐 蚀、抗氧化件能； 3．改善机械性能 例如改变材料表面的摩擦 系数，提高表面硬度和抗磨损能力，改善 • 材料的疲劳性能等。
• 2）、离子注入应用于金属材料改性 70年代以后，离子注入在金属表面改性方面的 应用迅速发展。 • 离子注入应用于金属材料改性，是在经过热处 理或表面镀膜工艺的金属材料上，注入一定剂 量和能量的离子到金属材料表面，改变材料表 层的化学成份、物理结构和相态，从而改变材 料的力学性能、化学性能和物理性能。 • 具体地说，离子注入能改变材料的声学、光学 和超导性能，提高材料的工作硬度、耐磨损性、 抗腐蚀性和抗氧化性，最终延长材料工作寿命。
• 这种退火有两种方式。 • ①高温（约 900℃）热退火为常用的方式。 在集成电路工艺中，这种退火往往与注入 后的其他高温工艺一并完成。这些高温工 艺会引起杂质的再一次扩散，从而改变原 有的杂质分布，在一定程度上破坏离子注 入的理想分布，高温过程也可使过饱和的 注入杂质失活。

离子注入(PDF课件)

2010-5 -12 7
Z1 Z 2 M1 2 2 1 ( Z1 3 Z 2 3 ) 2 M1 M2
(eV • cm )
2
硅靶核阻止能量损失率
dE dR
2010-5 -12
n
196
Z 1Z 2 M1 2 2 1 (Z1 3 14 3 ) 2 M 1 28
(keV/ m)
可见，核阻挡本领与核阻止能量损失率均与能量E无关。 无关 。
公用工艺 1. 增强扩散 2. 损伤吸杂 3. 增速腐蚀 ( 利用损伤)
XAUT
2
主 要 内 容
5-1 1 离子注入系统（ 离子注入系统（5.5 ） 5-2 2 能量损失机构（ 能量损失机构（5.2 ） 核碰撞和电子碰撞 离子注入的特征量 5-3 3 离子在非晶靶、单晶靶和双层靶中的分布 * 离子在非晶靶中的分布 离子在单晶靶中的分布 离子在双层靶中的分布 注入损伤与退火特性（ 5.3 ～ 5.4） 5-4 4 注入损伤与退火特性（ 注入损伤 退火特性 5-5 5 离子注入工艺参数的计算与工艺设计* * 离子注入工艺参数的计算 离子注入工艺的设计 5-6 6 掺杂技术小结
— —— — 称为 称为核阻止能量损失率 核阻止能量损失率。 。
根据能量守恒定律和库仑引力的屏蔽作用得到 得到 核阻挡本领为： 核阻挡本领为：
S n S0 2 .8 10
15
假设入射离子的原子序数为 Z1 ，质量为M M1，能量为 能量为E； ； 1， 固体靶的原子密度为N N、原子序数为 原子序数为Z Z2、质量为M2； 入射离子进入靶内经过一个微小的位移段dR， ，该入射离 子和NdR个靶核碰撞而失去的能量为 个靶核碰撞而失去的能量为-dE|n dE|n，则 ，则平均每个 平均每个 靶原子对入射离子的核阻挡作用称为阻挡本领 S(E)：

离子注入


级联碰撞
移位原子
因碰撞而离开晶格位置的原子称为移位原子。 能量淀积过程 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。一般来说，能量淀积可 以通过弹性碰撞和非弹性碰撞两种形式进行。弹性碰撞 能量是守恒的，非弹性碰撞将一部分动能转化为其他形 式的能。
当注入离子的能量较高时，非弹性碰撞淀积过程起 主要作用；离子的能量较低时，弹性碰撞占主要地位。 在集成电路制造中，弹性碰撞占主要地位。
离子注入
四、离子注入的缺点
产生的晶格损伤不易消除
很难进行很深或很浅的结的注入 高剂量注入时产率低 设备价格昂贵（约200万美金）
离子注入
五、离子注入的应用
可以用于n/p型硅的制作 隔离工序中防止寄生沟道用的沟道截断 调整阈值电压用的沟道掺杂 CMOS阱的形成 浅结的制备
注入离子在无定形靶中的分布
级联碰撞
移位阀能
使一个处于晶格位置的原子发生移位所需要的最小能 量称为移位阀能，用Ed表示。 注入离子与靶内原子碰撞的3种可能 1.碰撞过程中传递的能量小于Ed,被碰原子在平衡位置振动, 将获得的能量以振动能形式传递给近邻原子,表现为宏观热 能； 2.碰撞过程中传递的能量在Ed和2Ed间,被碰原子成为移位原 子，并留下一个空位,但它不可能使与它碰撞原子移位； 3.被碰原子本身移位后,还具有很高的能量，在它运动过程 中，还可以使与它碰撞的原子发生移位。
离子注入的沟道效应
沟道效应的定义 当离子注入的方向与靶晶体的某个晶向平行时，一些离 子将沿沟道运动，受到的核阻止和电子阻止作用很小，注入 离子的能量损失率就很低，故注入深度较大，此称为沟道效 应。 产生沟道效应的原因 当离子注入的方向=沟道方向时,离子因为没有碰到晶格 而长驱直入，故注入深度较大。 沟道效应产生的影响 在不应该存在杂质的深度发现杂质。

离子注入实验报告

离子注入实验报告1离子注入简介离子注入是一种将离子在电场里加速，并嵌入到另一固体的材料科学。

这个过程用于改变该固体的物理、化学或电子性质。

离子注入用在半导体器件制造和某些材料科学研究。

离子注入可以导致核转变，又或改变其晶体结构。

离子注入技术是20 世纪60 年代开始发展起来的一种在很多方面都优于扩散方法的掺杂工艺。

离子注入是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。

在集成电路制造中，多道掺杂工艺均采用离子注入技术，特别是集成电路制造中的隔离工序中防止寄生沟道用的沟道截断、调整阈值电压用的沟道掺杂、CMOS阱的形成以及源漏区域的形成等主要工序都采用离子注入法进行掺杂。

目前离子注入技术已经成为甚大规模集成电路制造中主要的掺杂工艺。

2离子注入原理2.1离子注入的基本原理其基本原理是：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。

离子注入是利用某些杂质原子经离化后形成带电杂质离子，离子经过一定的电场加速，直接轰击靶材料实现掺杂或其他作用。

一般的说,离子能量在1－5KeV的称为离子镀；0.1-50KeV称作离子溅射；一般称10－几百KeV的称为离子注入。

3离子注入设备3.1设备组成离子注入设备通常由离子源、分析器、加速聚焦系统和靶室等组成。

如图1所示。

图1 离子注入设备示意图3.2离子源离子源由产生高密度等离子体的腔体和引出部分（吸极）组成。

目前已研制出多种类型的离子源：高频等离子源、弧放电离子源、PIG离子源（潘宁源）、双等离子源、双彭源、转荷型负离子源、溅射型负离子源等。

目前离子源技术还在不断地发展着。

环形双等离子体离子源﹑大型双彭源已可提供百安级的氢正离子流。

磁控管型负离子源已得到安培级的氢负离子束。

一些小型离子源﹐则具有低能散﹑低功耗﹑低气耗﹑长寿命等特色。

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衬底充电
1. 会造成杂质分布不均匀； 会造成杂质分布不均匀； 2. 会造成栅氧化层击穿。栅二氧化硅的介电 会造成栅氧化层击穿。 强 度 约 为 10MV/cm ， 那 么 对 应 100 Å 的 SiO2 层击穿电压为： 10V， 因此需要对衬 层击穿电压为 ： ， 底进行离子中和。 底进行离子中和。
离子注入实现MOSFET的源、漏、栅掺杂 的源、 离子注入实现 的源
1. 扩散掺杂各向同性，所以会有横向扩散，而离子注入是 扩散掺杂各向同性，所以会有横向扩散， 各向异性，横向扩散很小； 各向异性，横向扩散很小； 2. 扩散掺杂需要“硬”掩蔽膜，因为需要高温热处理；而 扩散掺杂需要“ 掩蔽膜，因为需要高温热处理； 离子注入则可用“ 掩蔽膜， 离子注入则可用“软”掩蔽膜，因为离子注入过程中不 需要高温热处理。 需要高温热处理。
微电子工艺学
第五章 离子注入 Ion Implantation
离子注入定义
定义：将掺杂剂通过离子注入机的离化、 定义 ： 将掺杂剂通过离子注入机的离化 、 加速和质量分析， 加速和质量分析 ， 形成一束由所需杂质 离子组成的高能离子流， 离子组成的高能离子流 ， 打入半导体晶 片内部， 片内部 ， 并通过逐点扫描完成对整块晶 片的注入。 片的注入。 离子注入的设想始于20世纪 年代， 世纪50年代 离子注入的设想始于 世纪 年代， 年代进入实用阶段。 于70年代进入实用阶段。 年代进入实用阶段
质量分析系统－ 质量分析系统－离子选择
通过质量分析，筛选出所需要的杂质离子， 通过质量分析，筛选出所需要的杂质离子，如B＋
质量分析的原理
Mv = qvB r 1 2 qVext = Mv 2
2
1 2 MVext r= B q
其中：离子质量M，磁场强度B，牵引电压V 其中：离子质量 ，磁场强度 ，牵引电压 ext， 离子速度v。 离子速度 。
• 由于电子阻挡 ， 离子在单位长度上损失的 由于电子阻挡， 能量用Se表示：Se=dEe/dx； 能量用 表示： ； • 由于核阻挡 ， 离子在单位长度上损失的能 由于核阻挡， 量用S 表示： 量用 n表示：Sn=dEn/dx ； • 那么总能量损失 则可表示为： 那么总能量损失S则可表示为： 则可表示为
终端分析
1.探测离子束能量； 探测离子束能量； 探测离子束能量 2.探测离子束大小； 探测离子束大小； 探测离子束大小 3.探测离子流大小； 探测离子流大小； 探测离子流大小
工艺中需要注意的问题
1. 元素污染； 元素污染； 2. 尘埃污染； 尘埃污染； 3. 遮挡问题。 遮挡问题。
元素污染
所谓元素污染是指离子束中含有其它杂质。 所谓元素污染是指离子束中含有其它杂质。 因为杂质离子的选择是靠m/q，所以只要 ，所以只要m/q相同 因为杂质离子的选择是靠 相同 的杂质离子就不能被分离出来。 的杂质离子就不能被分离出来。 例如：Mo2+与 BF2+就难以分离 ， 因为它们具有相 就难以分离， 例如 ： 近的m/q（49）。 （ ） 近的 因此，普通钢不能用作离子腔， 因此 ， 普通钢不能用作离子腔 ， 因为含有较多的 杂质。通常使用石墨或钽离子腔。 杂质。通常使用石墨或钽离子腔。
尘埃污染
尘埃颗粒会挡住离子束的注入， 尘埃颗粒会挡住离子束的注入 ， 尤其是在低能离子 注入的情况下。 注入的情况下。
遮挡问题
衬底表面凹凸不平，导致某些地方无法被注入。 衬底表面凹凸不平，导致某些地方无法被注入。 解决办法：旋转靶片，从不同角度注入。 解决办法：旋转靶片，从不同角度注入。
在离子注入系统中， 在离子注入系统中 ， 采用质量分析器来选择所需的 离子。假设牵引电压是30 KV，分析器半径为 离子。假设牵引电压是 ，分析器半径为30cm， ， 计算选择硅离子(质量为 所需要的磁场。 质量为28)所需要的磁场 计算选择硅离子 质量为 所需要的磁场 。 并解释 为什么当离子源室真空漏气的时候， 为什么当离子源室真空漏气的时候 ， 注入分布中会 存在？ 有N2存在？
dEn Z1Z 2 M1 −15 Sn = = 2.8 ×10 i 1/2 2/3 2/3 dx Z + Z ) M1 + M 2 (
1 2
其中Z 其中 1、Z2和M1、M2分别是离子和靶原子的原子序数 和质量。可以看出，核阻挡和能量关系不大。 和质量。可以看出，核阻挡和能量关系不大。
能量损失与离子能量的关系
1.要注意靶的散热问题，采用水冷装置。 要注意靶的散热问题，采用水冷装置。 要注意靶的散热问题 2.要注意光刻胶掩膜的分解问题， 增大光刻胶 要注意光刻胶掩膜的分解问题， 要注意光刻胶掩膜的分解问题 的厚度。 的厚度。
中和系统
电子流系统的目的是为了中和靶表面的正电荷， 电子流系统的目的是为了中和靶表面的正电荷，使 靶不会充电，否则会造成靶内掺杂不均匀， 靶不会充电，否则会造成靶内掺杂不均匀，靶放电 损伤等问题。 损伤等问题。
离子源系统（离子是怎样产生的？） 离子源系统（离子是怎样产生的？）
离子源系统有热电子离子源、 射频离子源、 离子源系统有热电子离子源 、 射频离子源 、 微 波离子源等， 其目的就是产生离子， 波离子源等 ， 其目的就是产生离子 ， 对于热电 子离子源来说，其过程如下： 子离子源来说，其过程如下： 1. 放电腔内的灯丝发射热电子； 放电腔内的灯丝发射热电子； 2. 电子与气态杂质源分子碰撞 ， 杂质源分子分解 电子与气态杂质源分子碰撞， 并离子化； 并离子化； 3. 杂质离子被萃取和减速之后通过一个狭缝离开 源室，形成离子束； 源室，形成离子束；
热电子离子源
射频离子的 气 体 有 ： BF3 ， AsH3 和 PH3，而GaAs工艺中常用的气体是 工艺中常用的气体是SiH4和 工艺中常用的气体是 H2。 2. 电子从灯丝被发射出来朝阴极运动，碰撞 电子从灯丝被发射出来朝阴极运动， 气体分子使之分解， 例如： 气体分子使之分解 ， 例如 ： BF3 可分解为 B、B＋、BF2＋、F＋等。 、 3. 为了提高分解效率，在电子流区域加一磁 为了提高分解效率， 使电子作螺旋运动，增加碰撞机率。 场，使电子作螺旋运动，增加碰撞机率。
偏束器－ 偏束器－分离中性原子和离子束
通过加一偏场， 通过加一偏场 ， 使离子束中的中性原子分离 出来，否则会在靶中心产生过量掺杂。 出来，否则会在靶中心产生过量掺杂。
扫描系统
离子束的扫描可以通过两方面实现： 离子束的扫描可以通过两方面实现： 一是通过扫描电极实现离子束的扫描； 一是通过扫描电极实现离子束的扫描； 二是通过靶的运动实现离子束的扫描。 二是通过靶的运动实现离子束的扫描。
离子注入系统
离子源 质量分析 加速器 电透镜 扫描器 偏束器 靶架 终端分析
问 题
1. 离子源怎样产生？（离子产生和萃取） 离子源怎样产生？ 离子产生和萃取） 2. 怎样得到所需要的离子？（质量分析） 怎样得到所需要的离子？ 质量分析） 3. 怎样控制离子束的方向、 能量和束径 ？ 怎样控制离子束的方向 、 能量和束径？ （离子控制） 离子控制） 4. 怎样检测离子束？（离子检测） 怎样检测离子束？ 离子检测）
离子注入的优缺点
与热扩散相比，有如下优点 优点： 、 与热扩散相比，有如下优点：1、工艺过 程无污染； 、 程无污染；2、能获得不受固溶度限制的高浓 度掺杂；3、掺杂可控；4、低温工艺；5、掩 度掺杂； 、掺杂可控； 、低温工艺； 、 蔽膜多样化； 、横向效应小。 蔽膜多样化；6、横向效应小。 缺点： 、 离子对晶格有损伤； 、 缺点 ： 1、 离子对晶格有损伤 ； 2、 产率 低；3、设备昂贵。 、设备昂贵。
注入离子在靶中的阻挡机制
•核阻挡机制 核阻挡机制 与晶格原子核相碰撞； －与晶格原子核相碰撞； 散射严重； －散射严重； 对晶格造成较大的破坏； －对晶格造成较大的破坏； •电子阻挡机制 电子阻挡机制 与晶格里的电子云相碰撞； －与晶格里的电子云相碰撞； 入射路线几乎不会改变，能量损失小； －入射路线几乎不会改变，能量损失小； 对晶格几乎不会产生破坏。 －对晶格几乎不会产生破坏。
离子注入深度
2 M 1M 2 ∆R p ≈ Rp 3 M1 + M 2
1. 离子注入靶中，其射程是一条十分曲折的路径； 离子注入靶中， 射程是一条十分曲折的路径 是一条十分曲折的路径； 2. 但在微电子工艺中，所关注的是射程在靶片法线方向上的 但在微电子工艺中， 则是投影射程的标准偏差 标准偏差， 投影长度， 投影射程R 投影长度，叫投影射程 p；△Rp则是投影射程的标准偏差， 反应了射程的分散宽度，也就是离子主要分布在Rp 反应了射程的分散宽度， 也就是离子主要分布在Rp±△Rp 范围内。 范围内。
萃取电极加上极高的负电压把正离子拉出来。 萃取电极加上极高的负电压把正离子拉出来。减速电 极与萃取电极之间有一定电位差，目的是为了把萃取 极与萃取电极之间有一定电位差， 出来的离子减速，提高控制性。 出来的离子减速，提高控制性。
离子萃取
1. 把杂质离子从离子腔里面拉出来； 把杂质离子从离子腔里面拉出来； 2. 其结构主要包括：萃取电极和减速电 其结构主要包括： 极。
由左图可以看到： 由左图可以看到： 低能范围内，核阻挡为主， 低能范围内 ， 核阻挡为主 ， 离子越重，能量损失就越大； 离子越重 ，能量损失就越大 ； 高能范围内，电子阻挡为主 ， 高能范围内， 电子阻挡为主， 具体能量损失与入射离子的 外层电子结构有关， 外层电子结构有关 ， 也与离 子速度有关， 子速度有关 ， 入射离子速度 越大， 越大 ， 电子阻挡的能量损失 越大。 越大。
2 MVext 1 M r= 2 Vext ⇒ B = 2 B q q×r 2 × 28 ×1.67 ×10 × 20000 = −19 2 1.6 × 10 × 0.3 = 0.36T
−27
离子注入的过程
1. 从离子注入机中出来的高能离子投射到靶 的表面，绝大部分离子会进入靶内。 的表面，绝大部分离子会进入靶内。 2. 进入靶内的离子不断遭受靶原子的阻挡作 用而逐步损失能量，最终能量耗尽， 用而逐步损失能量，最终能量耗尽，停止 在靶内某处。 在靶内某处。