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第 5 章 离子注入; 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。;5.1 离子注入系统;; 一、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：等离子体型离子源、液态金属离子源（LMIS）。; 1、等离子体型源;离子源; 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，即离子束的加速电压；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。; LMIS 的主要技术参数; 二、质量分析系统 1、 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。;O;离子不被偏转。由此可解得不被偏转的离子的 荷质比 qo 为; 下面计算当荷质比为 qo 的离子不被偏转时，具有荷质比为qs = q/ms 的其它离子被偏转的程度。该种离子在 y 方向受到的加速度为;由此可得偏转量 Db 为; 将前面的 B 的表达式 代入 Db ，得; 讨论 (1) 为屏蔽荷质比为 qs 的离子，光阑半径 D 必须满足; 2、磁质量分析器; 从上式可知，满足荷质比 的离子可通过光阑 2。; 两种质量分析器的比较 在 质量分析器中，所需离子不改变方向，但在输出的离子束中容易含有中性粒子。磁质量分析器则相反，所需离子要改变方向，但其优点是中性粒子束不能通过。;　　三、加速器 　　产生高压静电场，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。　　;　　四、聚焦系统 和 中性束偏移器 　　用来将加速后的离子聚集成直径为数毫米的离子束，并利用偏移电极和偏移角度分离中性原子。;　　五、偏转扫描系统 　　用来使离子束沿 x、y 方向在一定面积内进行扫描。;扫描系统;全电扫描和混合扫描系统示意;　　六、工作室（靶室）