第4章离子注入课件.ppt

第二篇 单项工艺1; 主要内容; 目的：掺杂（1954年，Shockley 提出）； 应用：COMS工艺的阱，源、漏，调整VT的 沟道掺杂，防止寄生沟道的沟道隔断， 特别是浅结。 定义: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高的动能后，注入到硅中（称为 “靶” ）而实现掺杂。 ;;;;;;*;离子注入工艺的特点;*;*;*; 离子注入的应用;*;*;*;*; 离子束的性质 离子束是一种带电原子或带电分子的束状流，能被电场或磁场偏转，能在电场中被加速而获得很高的动能。 离子束的用途 掺杂、曝光、刻蚀、镀膜、退火、净化、改性、打孔、切割等。不同的用途需要不同的离子能量 E ， E 10 KeV ，刻蚀、镀膜 E = 10 ~ 50 KeV ，曝光 E 50 KeV ，注入掺杂 ; 离子束加工方式 1、掩模方式（投影方式） 2、聚焦方式（扫描方式，或聚焦离子束 (FIB) 方式）;; 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。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； 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。;4.1 理想化的离子注入系统;先加速后分析注入机结构示意;;*;*;*; 离子源 作用：产生所需种类的离子并将其引出形成离子束。 分类：按产生离子的物质不同： 等离子体型离子源、液态金属离子源。; 1、等离子体型源;脏曾籽墒署绒研佳遇颁枢碑至捡赞龙凭峻秸签郸燎亭逊汀陵渊畏申宗龟毗第4章离子注入第4章离子注入; 2、液态金属离子源（LMIS）; 对液态金属的要求 (1) 与容器及钨针不发生任何反应； (2) 能与钨针充分均匀地浸润； (3) 具有低熔点低蒸汽压，以便在真空中及不太高的温度下既保持液态又不蒸发。 能满足以上条件的金属只有 Ga、In、Au、Sn 等少数几种，其中 Ga 是最常用的一种。; E1 是主高压，即离子束的加速电???；E2 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；E3 是加热器电源。; 当 E2 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 E2 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。;共晶合金 LMIS 通常用来对各种半导体进行离子注入掺杂的元素因为熔点高或蒸汽压高而无法制成单体 LMIS 。; 例如，金和硅的熔点分别为 1063 oC 和 1404 oC，它们在此温度时的蒸汽压分别为 10-3 Torr 和 10-1 Torr。当以适当组分组成合金时，其熔点降为 370 oC ，在此温度下，金和硅的蒸汽压分别仅为 10-19 Torr 和 10-22 Torr。这就满足了 LMIS 的要求。 对所引出的离子再进行 质量分析，就可获得所需的离子。;MEVVA源（金属蒸汽真空弧离子源）;大束流离子源（160XP）;Eaton注入机 离子源;*;*;*;*;注意： 同一荷质比的离子有相同的偏转半径，磁分析器无法作出区分。要求源气有很高的纯度，尽量避免相同荷质比离子出现。如：N2+ 和Si+，N+ 和Si++ ，H2+ 和He++等。;对质量为m的离子，偏转半径为R，当质量为m+?m的离子，进入磁分析器后，离子束将产生的位移距离为：;*;*;*;*;离子束的加速和扫描;全电扫描和混合扫描系统示意;离子束的偏转;*;沟道效应;沟道临界角?，即理论上会产生沟道效应的最大角度：;*;*;*;（1）为了尽可能避免沟道效应，离子束在注入硅片时必须偏离沟道方向约7°。通常，这种偏转是用倾斜硅片来实现。;*;沟道效应的避免方法;*;*;*;*;4.2 注入离子与衬底原子的相互作用;库仑散射