,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.4 掺杂方法之二-离子注入,离子注入是超大规模集成电路制造中不可缺少的掺杂工艺。,优点：,注入过程清洁，纯度高,同一平面内的杂质均匀度可保证在1%的精度。,离子注入时，衬底一般保持在室温或低于400C。因此很多可以作为选择掺杂的掩蔽膜。同时避免了热扩散引起的热缺陷。也能避免高温引起的化学组分的变化。,可以得到各种形式的杂质分布。,可以控制离子束的扫描区域,3.4 掺杂方法之二-离子注入离子注入是超大规模集成,1,3.4.1 原理,离子的碰撞,经加速的离子碰撞一个固体靶面之后，离子与靶面的原子将经历多种不同的交互作用。如果离子足够重的话，则大多数的离子将注进固体靶里。高能量的离子注入固体靶之后，这些高能离子将与固体靶的原子与电子进行多次的碰撞，这些碰撞将使离子的能量逐渐地减弱至停止，离子从固体内部运动所运动的所有距离，便定义为离子对固体靶注入的范围。,3.4.1 原理,2,注入的杂质在晶片表面的浓度分布,注入的杂质在晶片表面的浓度分布,3,通道效应,通道效应,4,离子注入的固体靶是具有固定结晶结构的硅。在某个方向，入射的硅不会与任何硅原子有弹性碰撞，可以注入到很深的地方，导致离子注入在深度控制上的困难。,通道现象的抑制,1.倾斜角度,2.在结晶硅表面铺上一层非结晶系的材质。,3.事先用一次轻微的离子注入破坏硅结晶结构。,离子注入的固体靶是具有固定结晶结构的硅。在某个方向，入射的硅,5,集成双极型晶体管课件,6,3.4.2 离子注入设备,离子注入设备主要由以下组成：,1.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.用来加速注入离子的加速器,4.聚焦离子束的聚焦器,5.帮助离子束对整晶片进行注入的扫描装置,6.气体供应设备，真空系统，样片装卸系统,3.4.2 离子注入设备离子注入设备主要由以下组成：,7,集成双极型晶体管课件,8,离子源：,离子源的结构是由蒸发器、弧光反应室及磁铁等组合而成。其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化的。,商业化的离子注入机，离子源的弧光反应室主要有Freeman式和Bernas两种。,离子源：,9,集成双极型晶体管课件,10,集成双极型晶体管课件,11,离子分离器主要由一个离子分离电极和一个减速电极构成。,离子分离器主要由一个离子分离电极和一个减速电极构成。,12,质量分析器,气体在等离子体的离化过程中，产生多种离子，用质量分析器对这些离子进行筛选。,所承受的磁力：,其作圆周运动的半径：,离子从弧光室被分离出来的电压差为V，能量：,回转半径：,质量分析器,13,集成双极型晶体管课件,14,集成双极型晶体管课件,15,加速器,加速器用来增加经“质量分析”后的离子束的能量，经加速后的离子束所获得的能量是从分离器所获得的及加速器所获得的总和。,扫描装置,扫描装置的工作原理是利用偏移离子束运动方向来执行整片晶片的注入的。,电子簇射器,离子对晶片表面进行注入之后，部分离子所具备的电荷将布满在晶片的表面，这会使随后注入的离子的运动方向受影响。,加速器,16,集成双极型晶体管课件,17,集成双极型晶体管课件,18,工艺技术：,工艺参数：,杂质的种类、所需的杂质注入浓度和杂质的注入深度。,杂质源：,固态的磷、砷和气态的氢化磷、氢化砷及三氟化硼等,主要的变量：,弧光反应室的工作电压与电流，弧光反应室的热灯丝电流量，离子分离的装置分离电压，质量分析器的磁场强度，加速器的加速电压，扫描装置的扫描方式与次数上的控制。,工艺技术：,19,