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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。
半导体离子注入是半导体制程中关键的工艺技术，主要涉及将杂质元素以离子形态注入到硅晶圆中，以改变晶圆衬底材料的化学性质。
具体来说，这一过程通过将气体形态的掺杂化合物原材料导入反应腔，加入电场和磁场交作用形成电浆等离子体，然后离子束从反应腔萃取出来后，受到电场牵引而加速前进，并在通过磁场后进行二次加速，提高离子束射程。
在加速过程中，高能量离子束与材料中的原子或分子发生物理和化学相互作用，最终导致注入的离子停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能的变化。
离子注入技术具有许多优点，例如能够精确控制注入剂量、注入角度、注入深度和横向扩散等，使得其在半导体制造中被广泛应用。
与传统的热扩散工艺相比，离子注入技术具有更高的精度和灵活性。
在集成电路制造工艺中，离子注入通常应用于深埋层、倒掺杂阱、阈值电压调节、源漏注入、多晶硅栅掺杂等。
这一技术的应用提高了材料表面的载流子浓度和导电类型，为现代电子设备的微型化和高性能化奠定了基础。
如需更多关于“半导体离子注入”的信息，建议咨询半导体相关专家或查阅相关专业文献。
离子注入原理离子注入是一种常用的半导体加工技术，它通过将离子注入半导体材料中，改变其电学性质和化学性质，从而实现对半导体材料的加工和改性。
离子注入技术在集成电路制造、光电子器件制造、材料改性等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍离子注入的原理及其在半导体加工中的应用。
离子注入的原理主要包括离子源、加速器、束流控制系统和靶材等部分。
首先，离子源会产生所需的离子种类，比如常见的硼、砷、磷等离子。
然后，这些离子会被加速器加速，形成高能离子束。
束流控制系统会控制离子束的方向和强度，使其准确地注入到靶材中。
最后，靶材会接受离子的注入，从而改变其物理和化学性质。
离子注入技术的应用非常广泛。
在集成电路制造中，离子注入常用于形成P型和N型掺杂区，从而实现晶体管的制造。
在光电子器件制造中，离子注入可以用于改变半导体材料的光学性质，提高器件的性能。
此外，离子注入还可以用于材料的表面改性，提高材料的硬度、耐腐蚀性等。
离子注入技术具有许多优点。
首先，它可以实现对半导体材料的局部改性，精度高，控制方便。
其次，离子注入可以实现对半导体材料的多种性质改变，包括电学性质、光学性质、力学性质等。
最后，离子注入可以在常温下进行，不需要高温处理，从而避免了材料的退火和晶格损伤。
然而，离子注入技术也存在一些局限性。
首先，离子注入会在材料中引入大量的杂质，从而影响材料的电学性能。
其次，离子注入过程中会产生能量损失，导致材料局部加热，从而影响材料的结构和性能。
最后，离子注入需要复杂的设备和控制系统，成本较高。
总的来说，离子注入技术是一种重要的半导体加工技术，具有广泛的应用前景。
随着半导体工艺的不断发展，离子注入技术也将不断得到改进和完善，为半导体材料的加工和改性提供更加可靠的技术支持。
离子注入技术摘要离子注入技术是当今半导体行业对半导体进行掺杂的最主要方法。
本文从对该技术的基本原理、基本仪器结构以及一些具体工艺等角度做了较为详细的介绍，同时介绍了该技术的一些新的应用领域。
关键字离子注入技术半导体掺杂1绪论离子注入技术提出于上世纪五十年代，刚提出时是应用在原子物理和核物理究领域。
后来，随着工艺的成熟，在1970年左右，这种技术被引进半导体制造行业。
离子注入技术有很多传统工艺所不具备的优点，比如：是加工温度低，易做浅结，大面积注入杂质仍能保证均匀，掺杂种类广泛，并且易于自动化。
离子注入技术的应用，大大地推动了半导体器件和集成电路工业的发展，从而使集成电路的生产进入了大规模及超大规模时代（ULSI）。
由此看来，这种技术的重要性不言而喻。
因此，了解这种技术进行在半导体制造行业以及其他新兴领域的应用是十分必要的。
2 基本原理和基本结构2.1 基本原理离子注入是对半导体进行掺杂的一种方法。
它是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，注入到硅中而实现掺杂。
离子具体的注入过程是：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，经过一段曲折路径的运动后，因动能耗尽而停止在某处。
在这一过程中，涉及到“离子射程”、“”等几个问题，下面来具体分析。
2.1.1离子射程图2.1.1（a ） 离子射程模型图图2.1.1（a ）是离子射入硅中路线的模型图。
其中，把离子从入射点到静止点所通过的总路程称为射程；射程的平均值，记为R ，简称平均射程 ；射程在入射方向上的投影长度，记为p x ,简称投影射程；投影射程的平均值，记为p R ，简称平均投影射程。
入射离子能量损失是由于离子受到核阻挡与电子阻挡。
定义在位移x 处这两种能量损失率分别为n S 和e S ：nn xdE S d =（1）ee e dE S k E dx==（2）则在dx 内总的能量损失为：()n e n e dE dE dE S S dx =+=+（3）P0000P 0nd d d d d R E E E ER x E x S S ===+⎰⎰⎰（4）n S 的计算比较复杂，而yxpx py pz d Ed E且无法得到解析形式的结果。
图2.1.1(b)是数值计算得到的曲线形式的结果。
e S 的计算较简单，离子受电子的阻力正比于离子的速度。
左图中，2EE =时，n e S S =图2.1.1（b ）离子总能量损失率数值计算曲线图2.1.1（c ）S n > S e 时离子路径图2.1.1（d ）S n < S e 时离子路径讨论：(1)当入射离子的初始能量0E 小于2E 所对应的能量值时，ne S S >，以核阻挡为主，此时散射角较大，离子运动方向发生较大偏折，射程分布较为分散。
如图2.1.1（c ）。
(2)当0E 远大于2E 所对应的能量值时，ne S S <，以电子阻挡为主，此时散射角较小，离子近似作直线运动，射程分布较集中。
随着离子能量的降低，逐渐过渡到以核阻挡为主，离子射程的末端部分又变成为折线。
如图2.1.1（d ）2.2 基本结构离子注入机总体上分为七个主要的部分，分别是： ①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。
pr px px pr EE②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。
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。
④中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分离中性原子。
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。
图2.2离子注入系统示意图2.2.1离子源根据离子源的类型分类，可以将其分为两类：等离子体型离子源、液态金属离子源（LMIS）。
其中，掩模方式需要大面积平行离子束源，故一般采用等离子体型离子源，其典型的有效源尺寸为 100 μm ，亮度为 10 ~ 100 A/cm 2.sr 。
而聚焦方式则需要高亮度小束斑离子源，当液态金属离子源（LMIS ）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/cm 2.sr 。
液态金属离子源是近几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。
此技术可应用于离子注入、离子束曝光、刻蚀等。
工作原理：E 1 是主高压，即离子束的加速电压；E 2 是针尖与引出极之间的电压，用以调节针尖表面上液态金属的形状，并将离子引出；E 3 是加热器电源。
针尖的曲率半径为 r o = 1 ~ 5 μm ，改变 E 2 可以调节针尖与引出极之间的电场，使液态金属在针尖处形成一个圆锥，此圆锥顶的曲率半径 仅有 10 nm 的数量级，这就是 LMIS 能产生小束斑离子 图2.2.1液态金属离子源工作示意图 束的关键。
当E 2 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，液态金属在圆锥顶处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，形成离子束。
若改变E 2的极性 ，则可排斥离子而拉出电子，使这种源改变成电子束源。
2.2.2质量分析系统质量分析系统分为两种，E B ⨯质量分析器和磁质量分析器。
本文进分3E 2E 1E 引出极析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。
它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。
图2.2.2 E B ⨯质量分析器原理图2a 12qV mv=得由12a 2qV v m ⎛⎫= ⎪⎝⎭，代入m F ，得：(5)(6)fe m (),()V F qE q j dF qv B qvB j ==-=⨯=(7)12m 2()()a qV F q B j m=当时e m F F =，即当12a f 2qV V qqB d m ⎛⎫= ⎪⎝⎭时，离子不被偏转。
由此可解得不被偏转的离子的荷质比q o 为对于某种荷质比为q o 的所需离子，可通过调节偏转电压V f 或偏转磁场 B ，使之满足下式，就可使这种离子不被偏转而通过光阑:当荷质比为q o 的离子不被偏转时，具有荷质比为 /q q m =s s 的其它离子的偏转量b D 为:将前面的B 的表达式:2f o 22a2V qq m d B V ==(8)(9)1f2f o a 12o a (2)(2)V V dB q V B d q V ==或 ()()()b f f d21d f f f 2s a a a 11242D y L y L L L L V L B q V d V V '=+⎛⎫⎡⎤=-⋅⋅+⋅ ⎪⎢⎥⎣⎦⎝⎭(10)f 12o a (2)V B d q V =代入b D ，得:讨论(1) 为屏蔽荷质比为s q 的离子，光阑半径D 必须满足:(2) 若 D 固定，则具有下列荷质比的离子可被屏蔽:而满足下列荷质比的离子均可通过光阑:f ff b d a 11122V L L D L G V d ⎛⎫⎫⎛⎫=⋅+⋅-=- ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎭(11)(12)1D G ⎫<-⎪⎪⎭(13)22s o s o 11D D q q q q G G ⎛⎫⎛⎫>+<- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭或(14)22o s o 11D D q q q G G ⎛⎫⎛⎫-<<+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭(15)以上各式可用于评价E B 质量分析器的分辨本领。
4 离子注入技术的优缺点及其应用4.1 离子注入技术和扩散工艺比较图4.1离子注入和扩散工艺的比较关于离子注入和传统扩散工艺的比较，我们可以通过下表直观看出来：表4.1 离子注入和扩散工艺的比较扩散 离子注入 工作温度高温，硬掩膜 900－1200 ℃低温，光刻胶掩膜 室温或低于400℃ 各向同/异性 各向同性各向异性可控性不能独立控制结深和浓度可以独立控制结深和浓度4.2 优点和缺点4.2.1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 可以获得任意的掺杂浓度分布；掺杂区结深度离子注入扩散。
