微细加工5离子注入

《微细加工5离子注入》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第第55章章离子注入离子注入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<10KeV，刻蚀、镀膜E=10~50KeV，曝光E>50KeV，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）掩模方

2、式是对整个硅片进行均匀的地毯式注入，同时象扩散工艺一样使用掩蔽膜来对选择性区域进行掺杂。扩散工艺的掩蔽膜只能是SiO膜，而离子注入的掩蔽膜可以是SiO膜，22也可以是光刻胶等其他薄膜。掩模方式用于掺杂与刻蚀时的优点是生产效率高，设备相对简单，控制容易，所以应用比较早，工艺比较成熟。缺点是需要制作掩蔽膜。HighenergyLowenergyIonimplanterIonimplanterHighdoseLowdoseSlowscanspeedFastscanspeedDopantionsBeamscanBeamscanMaskxjMaskMa

3、skMaskxjSiliconsubstrateSiliconsubstratea)低掺杂浓度与浅结b)高掺杂浓度与深结It注入剂量决定掺杂量，QN()dxx0AqZ注入能量决定结深。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。5.15.1离子注入系统离子注入系统离子源：用于离化杂质的容器。常用的杂质源气体有BF、AsH和PH等。333质量分析器：不同的离子具有不同的质量与电

4、荷，因而在质量分析器磁场中偏转的角度不同，由此可分离出所需的杂质离子，且离子束很纯。加速器：为高压静电场，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。中性束偏移器：利用偏移电极和偏移角度分离中性原子。聚焦系统：将离子聚集成直径为数毫米的离子束。偏转扫描系统：使离子束沿x、y方向扫描。工作室（靶室）：放置样品的地方，其位置可调。IonsourcePlasmaExtractionassemblyAnalyzingmagnetAccelerationProcessIonbeamcolumnchamberScanningdisk一、

5、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）。掩模方式需要大面积平行离子束源，故一般采用等离子体型离子源，其典型的有效源尺寸为100m，亮度为10~100A/cm2.sr。聚焦方式则需要高亮度小束斑离子源，当液态金属离子源（LMIS）出现后才得以顺利发展。LMIS的典型有效源尺寸为5~500nm，亮度为106~107A/cm2.sr。1、等离子体型源这里的等离子体是指部分电离的气体。虽然等离子体中的电离成分可能不到万分之一，其密度、压力、温度等物理量仍与普通气体相同，正、负电荷数相等

6、，宏观上仍为电中性，但其电学特性却发生了很大变化，成为一种电导率很高的流体。产生等离子体的方法有热电离、光电离和电场加速电离。大规模集成技术中使用的等离子体型离子源，主要是由电场加速方式产生的，如直流放电式、射频放电式等。2、液态金属离子源（LMIS）LMIS是近几年发展起来的一种高亮度小束斑的离子源，其离子束经离子光学系统聚焦后，可形成纳米量级的小束斑离子束，从而使得聚焦离子束技术得以实现。此技术可应用于离子注入、离子束曝光、离子束刻蚀等。LMISLMIS的类型、结构和发射机理V形针形类型螺旋形液态金属同轴形毛细管形钨针对液态金属的要求(1

7、)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。E3E是主高压，即离子束的1加速电压；E是针尖与引出极引E22出之间的电压，用以调节针尖表极E1面上液态金属的形状，并将离子引出；E是加热器电源。3针尖的曲率半径为r=1~5m，改变E可以调节针尖与o2引出极之间的电场，使液态金属在针尖处形成一个圆锥，此圆锥顶的曲率半径仅有10nm的数量级，这就是LMIS能产生小束斑离子束的关键

8、。当E增大到使电场超过液态2金属的场蒸发值（Ga的场蒸发值E3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