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第三章 离子注入与 快速热处理 luojun@ime.ac.cn 3.1 离子注入 主要内容 3.1.1 离子注入系统及工艺 3.1.2 离子注入系统主要参数 3.1.3 离子注入常见问题 3.1.4 离子注入常见工艺应用 3.1.1 离子注入系统及工艺 离子注入提供了一种非常精确地向硅中掺杂入特定杂质原子剂量或数量的 方法。电离的杂质原子经静电场加速打到晶圆片表面，通过测量离子电流可严 格控制剂量。 扩散控制条件： 时间与温度 离子注入控制条件： 电流与电压 剂量 注入深度 离子注入的特点 优点： 缺点： • 掺杂的均匀性好 • 入射离子对半导体晶格有 •低温工艺 损伤 • 可以精确控制杂质含量 • 很浅和很深的注入分布难 • 可以注入各种各样的元素 以实现 • 横向扩散比纵向扩散要小得多 • 对高剂量注入，产率受限 • 注入的离子能穿过薄膜 • 离子注入设备昂贵 • 无固溶度极限 典型的离子注入系统 离子源、分析磁块和分析光阑（质量分析器）、加速器、中 性束闸和中性束阱、扫描系统、法拉第杯 离子源 作用：产生注入用的离子 原理：高能电子轰击（电子放电）杂质原子形成注入离子 类型：高频，电子振荡，溅射 将含有注入物质的气体送入系 统，硅工艺常用的气体有BF ，AsH 3 3 和PH ，而GaAs工艺中常用的气体有 3 SiH 和H 。如果所需注入的杂质种 4 2 类不能由气体形式提供，可将含该 物质的固体材料加热，将其产生的 蒸汽作为杂质源。 气体流入一个放电腔室，热灯 在源室的出口外侧加有比灯丝负很 丝发射的电子与气体分子碰撞，当 多的电位，用于提取正离子，并使 能量足够大时，气体分子被离化。 + 用一个狭缝来得到通常几毫米宽、 例如：BF 分解为数量不同的B、B 、 3 1~2cm长的离子束。 + + BF 、F 及各种其他物质。 2 质量分析器 作用：将所需离子分选出来 原理：带电离子在磁场中受洛伦磁力作用，运动轨迹发生弯曲 由离子源引出的离子流含有各种成分，其中大多数是电离的，在BF 的 3 + 例子中，我们需要仅仅拣选出B ，这样的过程通常由一个