ch17离子植入.ppt

目的 研讀本章內容後，你將可學習到： 解釋晶圓製作中，摻雜的目的與應用。 討論摻質擴散的原理與製程。 提供有關離子植入之概要說明，包括它的優缺點。 討論離子植入時，有關劑量與範圍的重要性。 列出並描述離子植入所需之5項主要次系統。 解釋何謂離子植入之回火及通道效應。 描述出離子植入的不同應用。 半導體製程中慣用的摻質 具各種摻雜區之CMOS結構圖 晶圓製作中慣用之摻質製程 在晶圓製作流程中之離子植入 矽晶圓之摻雜區 擴散 擴散原理 三步驟 預沉積 趨入 活化 摻質移動 固體溶解度 橫向擴散 擴散製程 晶圓清潔 摻質源 摻質在矽中之擴散 1,100℃時矽中的固體溶解度極限 擴散製程 正確執行擴散所需的8道步驟 程序鑑定測試以確保設備符合產品品質標準。 利用批次控制系統驗證晶圓特性。 下載所需擴散參數的製程處方。 設定爐管，包括溫度輪廓。 清潔晶圓並將晶圓浸入氫氟酸以移除原生氧化物。 執行預沉積：裝載晶圓於沉積爐管中並進行摻質擴散。 執行驅入：增加爐管溫度以進行驅入及活化摻質鍵結，繼之卸載出晶圓。 測量、評估及記錄接面深度與片電阻值。 典型的擴散摻質源 離子植入 概述 控制摻質濃度與深度 離子植入的優點 離子植入的缺點 離子植入參數 劑量 範圍 摻質濃度及深度之控制 一般離子植入機之示意圖 離子植入機 離子植入之優點(參考表 17.5) 1.摻質濃度的準確控制 2.良好的摻質均一性 3.摻質穿透深度的良好控制 4.產生一純離子束 5.低溫製程 6.穿透薄膜而植入摻質的能力 7.沒有固體溶解度極限 植入機的種類 摻質離子之範圍及投射範圍 投射範圍與植入能量之關係圖 植入後摻質原子之能量損失 由於輕與重離子所造成的晶體破壞 離子植入機 離子源 萃取與離子分析儀 加速柱狀體 掃描系統 製程反應室 回火 通道效應 微粒 離子源與萃取總成之外貌圖 Bernas離子源總成之示意圖 離子源與萃取總成間之相互作用 分析用磁鐵 離子植入機分析儀磁鐵 加速柱狀體 劑量對能量圖 用於高能量植入機之線性加速器 空間電荷的中性化 中性束捕捉 晶圓之靜電式離子束掃描 植入之遮蔽效應 植入晶圓之機械式掃描 用於晶圓充電控制之電子簇射器 電漿溢滿對晶圓充電之控制 離子植入器之終端站 用於植入製程反應室之晶圓搬運裝置 離子束電流測量用之法拉第杯 矽晶體之回火 沿 100 軸方向所看到的矽晶格 離子進入的角度及通道 來自微粒污染所造成的植入破壞 離子植入在積體化製程之趨勢 所需不同植入製程的例子包括： 深埋層 退化型井 衝穿停止層 臨界電壓調整 輕摻雜汲極(LDD) 源／汲極植入 多晶矽閘極 溝渠式電容器 超淺接面 絕緣層上有矽(SOI) 埋入之植入層 退化型井 衝穿停止層 用於臨界電壓調整之植入 源／汲極區形成 溝渠式電容器的垂直側壁之摻質植入 超淺接面 具與不具SIMOX埋入氧化層之CMOS電晶體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 具空間電荷中性化 之離子束的橫切面 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 束膨大之橫切面 摻質離子 二次電子 圖 17.18 離子源 分析用磁鐵 加速器 中性束捕捉 聚焦陽極 Y軸偏向 X軸偏向 中性束路徑 晶圓 離子束 接地收集板 (Used with permission from Varian Semiconductor Equipment) 圖 17.19 正離子束 Y軸偏向 X軸偏向 晶圓 扭轉 傾斜 高頻之X軸偏向 低頻的Y軸偏向 圖 17.20 光阻 a)無傾斜之機械式掃描 離子束 b)具正常傾斜之靜電式掃描 光阻 離子束 圖 17.21 掃描外徑 掃描內徑 植入面積 (計算值) 溢出杯 旋轉 離子束 (Used with permission from Varian Semiconductor Equipment, VIISion 80 Ion Implanter) 圖 17.22 (Used with permission and adapted from Eaton NV10 Ion Implanter, circa 1983) + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 離子束 負偏壓縫隙 電子槍 二次電子靶材 二次電子 正離子束復合 晶圓 圖 17.23 負偏壓縫隙 Ion beam 已中性化之原子 晶圓掃