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离子注入技术一、 概述：离子注入工艺在现代半导体工艺中已是比较成熟的工艺。
在超高速、微波、和中大规模集成电路制备中，器件的结深，基区的宽度，都小到只有零点几微米，杂质浓度分布也有更高的要求（有的甚至要求杂质浓度很淡），这靠普通的扩散工艺是难以达到的。
而离子注入工艺恰好能弥补扩散工艺的不足，制造出理想的PN结来。
对于咱们公司来说，生产的是分立元件，要求的磷结和硼结比较深，一般至少在几个微米以上，甚至达到二十几个微米，而离子注入的结深一般在0—1微米之间，这样用离子注入是实现不了的，因此，咱们八车间的离子注入主要是用于预扩散。
相当于给硅片一个杂质表面浓度，然后再经过高温扩散工艺进行推结，达到预定深度的掺杂，形成所需要的PN结。
二、 离子注入概念离子注入用在半导体工艺中就是对半导体表面进行掺杂。
它是是利用高能量粒子轰击杂质原子或分子,使被掺杂的元素原子或分子电离, 通过加速后，将离子直接打进半导体内部去，形成PN结。
如果把离子注入机比作步枪，把被注入元素的离子比作子弹，那么，离子注入就好象用步枪打靶子一样，将离子强迫打进硅片中去，即实现了离子注入。
三、 离子注入的特点离子注入实际上是扩散工艺的一个替换方法，它和扩散掺杂相比有如下特点：1、优点：a)晶片表面良好的均匀性：离子注入是通过扫描将杂质离子打进硅片中去，因此，可获得大面积均匀掺杂，而采用热扩散法，温度和气流互相作用总是存在的，因此产生晶片表面不良的均匀性。
b)晶片间良好的重复性：一旦注入机相应的能量和剂量被设定，则所有晶片上的注入深度和浓度都应该是精确的。
而使用扩散炉方法，由于受温度气流及环境气氛的影响，每一舟或每一片的情况都将有所不同。
同时在时间上也存在不同，不易控制。
c)离子注入没有横向扩散，即使是有也是很小很小。
而扩散法有横向扩散。
d)掺杂的杂质纯度高：离子注入掺杂的杂质纯度高，它是高真空下，通过质量分析器（磁场）进行分析选取单一杂质离子的，并且是在低温下注入，不受沾污，结受沾污的可能性很小，从而保证了掺杂的纯度。
半导体设备之离子注入机行业研究一、离子注入是可实现数量及质量可控的掺杂离子注入是最重要的掺杂方法掺杂改变晶圆片的电学性能。
由于本征硅（即不含杂质的硅单晶）的导电性能很差，只有当硅中加入适量杂质使其结构和电学性能发生改变后才起到半导体的功能，这个过程被称为掺杂。
硅掺杂是制备半导体器件中P-N结的基础，是指将所需杂质原子掺入特定的半导体区域以对衬底基片进行局部掺杂，改变半导体的电学性质，现已被广泛应用于芯片制造的全过程。
芯片制造中热扩散和离子注入均可以向硅片中引入杂质元素，具体区别如下：热扩散：利用高温驱动杂质穿过硅的晶格结构，掺杂效果受时间和温度的影响。
离子注入：将高压离子轰击把杂质引入硅片，杂质与硅片发生原子级高能碰撞后才能被注入。
离子注入环节，注入的离子包括：B，P、As、Sb，C，Si、Ge，O，N，H离子等等。
精确可控性使得离子注入技术成为最重要的掺杂方法。
随着芯片特征尺寸的不断减小和集成度增加，各种器件也在不断缩小，由于晶体管性能受掺杂剖面的影响越来越大，离子注入作为唯一能够精确控制掺杂的手段，且能够重复控制掺杂的浓度和深度，使得现代晶圆片制造中几乎所有掺杂工艺都从热扩散转而使用离子注入来实现。
离子注入可准确控制掺杂杂质的数量及深度离子注入属于物理过程，通过入射离子的能量损耗机制达成靶材内的驻留。
与热扩散的利用浓度差而形成的晶格扩散不同，离子注入通过入射离子与靶材（被掺杂材料）的原子核和电子持续发生碰撞，损耗其能量并经过一段曲折路径的运动，使入射离子因动能耗尽而停止在靶材某一深度。
为了精确控制注入深度，避免沟道效应(直穿晶格而未与原子核或电子发生碰撞)，需要使靶材的晶轴方向与入射方向形成一定角度。
离子注入主要利用两个能量损耗机制：电子阻碍：杂质原子与靶材电子发生反应，产生能量损耗。
核阻碍：杂质原子与靶材原子发生碰撞，造成靶材原子的移位。
剂量、射程、注入角度是离子注入技术的三个重要参数。
离子注入向硅衬底中引入数量可控的杂质过程，需要离子注入设备通过控制束流和能量来实现掺杂杂质的数量及深度的准确控制。
低能强流离子注入机实验装置简介3.1仪器的整体结构：图3.1 仪器实物图该图为本论文所使用的仪器的整体实物图，如下图示意图所示，该仪器从头到尾依次为离子源，引出系统，聚焦透镜，速度选择器，聚焦透镜，X-Y 偏转系统，聚焦透镜，波恩管，靶室。
下文依次介绍各个部件图3.2 仪器示意图3.2离子源及引出系统图3.3 离子源实物图离子源是加速器的重要部件，它的功能是将样品物质电离成带电的原子离子或分子离子。
离子源应具有电离效率高，聚焦性能好，离子初始能量发散小，传输效率高，离子流稳定等特点。
图3.4 离子源及引出剖面示意图如图所示，离子源内部为真空环境，其内部带有环状灯丝。
由样品入口将气体导入，通过加大灯丝电流，由灯丝阴极发射出电子。
从阴极发射的电子通过中空的阳极被加速，到达对阴极之前又被减速并反向加速，电子在阴极-阳极-对阴极之间来回振荡，在轴向磁场的作用下作螺旋进动，并在空间上被磁场约束在轴线附近，不致扩散阳极边缘，从而使电子可以经历很长的路程，使气体碰撞游离的几率大大增加。
当电子通过电离盒射向阳极时，具有一定能量和几何形状的电子束不断轰击样品气体，可使通入的气体发生电离，产生包括正离子在内的各种产物，正离子被引出极引出离子源。
大部分样品气体和电子，离子产物被离子源的真空泵不断抽走。
离子源四周带有环形磁场，灯丝与源磁铁之间为绝缘状态。
环形磁场可以约束内部离子沿螺旋轨迹前进，增加样品气体与电子束的碰撞机会，提高电离几率，进而提高离子产生率。
当样品气体在离子源内被大量电离时，由于引出极与灯丝间有150V的起弧电压差，在电场作用下，大量正离子被引出，同时赋予离子一定的初速度。
由于引出口的大小问题，在正离子被导出引出极时，会有大量离子打在引出板上，产生起弧电流。
3.3电聚焦图3.5 电聚焦实物图图3.6 电聚焦剖面示意图如图所示，被引出极引出的大量正离子，在出引出极时其方向为向四周发散。
在进入电聚焦后，在通有高压的两块电聚焦板所产生的电场作用下，原本大量发散的正离子在电聚焦板之间先扩散开再向中间被汇聚成一束正离子束，再将其从电聚焦孔中引出。
注入机的组成和工作原理作者：储建伟摘要（Abstract）本文的目的主要是对过去所学的总结、整理, 相信对新的设备工程师也有一定的帮助。
由于我对注入设备了解不够，本文还缺乏一定的实践，必然还存在不少缺点和错误，殷切期望各位同事和领导能给予批评和指正。
引言（Introduction）离子注入机是一个体积庞大且构造复杂的半导体工艺设备，依照注入机所能提供的杂质离子的浓度来区分，现在批量生产的注入机，主要分为高电流及中电流两种型式，分别代表电流约在10mA及1mA左右的离子束。
本文主要涉及设备方面。
主要内容整个离子注入机最主要的部分有：（1）用以产生离子的离子源；（2）用以分离主要杂质离子的质量分析器；（3）用以加速注入离子的加速器；（4）聚集离子束的聚集器；（5）帮助离子束对整片晶片进行注入的扫瞄器；（6）线性加速器；（7）能量分析器等其他一些附属的气体供应设备、真空系统和晶片的装卸系统等。
图1显示一个离子注入机内各个主要系统的相对位置。
接下来，将针对其中比较重要的部分，参照图解，来说明他们的功能与在注入机内的用途。
图1 离子注入机的主要结构（Varian）下面介绍这几个主要的部分：一、离子源离子源是用来产生离子的装置，它的基本原理是利用等离子体，在适当的低压下，把气体分子借电子的碰撞而离子化的。
简单的说，就是利用等离子体产生注入机所需要的杂质离子。
基本上，离子源的结构是有蒸发器、弧光反应室、及磁铁等组合而成的。
当使用的杂质是固态的物体时，可以使用蒸发器来增加固态杂质的饱和蒸汽压，以便使离子源易于产生所需要的离子。
起弧室内有灯丝,阴极,反射板.灯丝被加热后就会发射电子,由于起弧室内存有一定浓度的气体粒子灯丝发射的电子就会撞击这些粒子,使粒子外层的电子脱离原来的运行轨道成为自由电子而粒子则变成带正电的离子.这就是电离的简单过程.离子源的弧光反应室的设计，主要有图2所示的Freeman式及Bernas式两种。
