离子注入设备原理与应用.pdf

平台HR 引领HR实务 成就精彩人生 离子注入设备原理与应用 曹鸣 黄其煜 上海交通大学微电子学院 在现代的半导体制造过程中运用 了多种先进的工艺技术，离子注入 就是其中的一种。它的作用主要是 向硅衬底中注入一定数量和能量的杂 质，以改变硅衬底中特定区域的电 学性能。因为离子注入技术在实际 的应用中，具有极高的工艺可重复 性和对掺杂浓度和深度优良的控制能 力，它已经成为了半导体制造过程 中重要的工艺技术。 工艺分类 离子注入设备是半导体制造中重 要的工艺设备。离子注入机按照使 用工艺的不同，根据产生的离子能 量和离子束电流大小可分为高能量 （High Energy），高电流 （High Current）和中电流 （Medium Current）三种： 1.高能量注入机所得到的离子束 具有较高能量。一般单价离子在通过 于除深井掺杂和源漏掺杂以外几乎所 源、分析磁场、加速聚焦器、注入 特殊加速处理后，其能量可以达到 有的离子掺杂工艺。 系统和真空系统等几大主要部分。 500KeV到1.2MeV，但掺杂浓度较低， 1离子源 主要用于较深的硅衬底深井掺杂。 结构原理 离子源是产生掺杂离子和形成离 2.高电流注入机能获得较大的离 虽然以上三种离子注入机的应用 子束的区域。离子源主要是利用电 子束电流，其掺杂浓度较大，但是 范围有所不同，但是它们的基本原理 离作用形成正电荷离子。由连接杂 深度较浅，主要用于器件中的源漏 和组成结构大体上还是相同的。离子 质气瓶的气管将掺杂气体导入离子源 极掺杂和LDD掺杂。 注入工艺需要将某杂质离子化，经过 中的电弧反应室。设在反应室一端 3.中电流注入机则能获得中等能 磁场和电场的处理后注入硅片晶圆表 的灯丝通入电流加热并激发出热电 量和电流大小的离子束，被广泛用 面。所以离子注入机基本上具有离子 子，而加在反应室和灯丝之间的正 半导体行业 2008 / 10 59 SEMICONDUCTOR INDUSTRY 半导体行业 电压使这些热电子具有一定的能量， 并轰击反应室内掺杂气体的原子或分 子形成等离子体。当电弧反应室外 的吸极加有一定负电压时，正离子 便会从等离子体中分离出来，离开 电弧反应室，并形成具有一定能量 的离子束。通常在电弧腔外还有一 个可调电磁铁，用来增加电子在电 弧腔中的平均自由路径，使电子和 杂质气体碰撞的几率增多从而更容易 产生更多离子。 目前广泛使用的离子源主要有 其中m代表离子质量，v代表离 度的需要。 Bernas和IHC两种，它们的工作原 子速度，B代表磁场强度，e代表库仑 理大体相同。Bernas离子源的灯丝 电荷量。对于不同的离子，将其各参 3加速和聚焦 在电弧反应室内并暴露在等离子体 数代入上面的公式中，会得到不同的 离子通过吸极时，已经获得了 中，而IHC离子源则多一个偏置电源 圆周运动半径R；反之，对于固定 一定的动能，这段加速在分析磁铁 以吸引灯丝热电子轰击阴极，是一 的R，如果设定不同的磁场强度B， 之前，通常被称为 “前加速”。在 种非直接加热方式。因为IHC离子源 也会得出对应的离子质能之积与电荷 通过分析磁铁后，离子可以再次获 经过二次轰击后能够得到更多的电 的比值，从而对应不同的离子。由 得另外一段加速或减速，通常称之 子，所以很大程度上提高了灯丝产 于离子注入机的设