离子注入设备原理与应用

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1、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（HighEnergy

2、），高电流（HighCurrent）和中电流（MediumCurrent）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

3、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2008/1059SEMICONDUCTORINDUSTRY半导体行业电压使这些热电子具有一定的能

4、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

5、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计尺寸通常都是固为“后加速/减速”

6、。离子注入设备生热电子的效率，也延长了离子源定的，所以大都是采用调节磁场强的常用后加速方式有直流和RF两的使用寿命度的方法来进行离子的选择。混合种：的粒子束进入磁场以后发生偏转，1.直流加速2分析磁场能质积与电荷的比值大的离子会轰击这种方式通常使用一组高电压极分析磁场是离子注入机中对离子到分析磁场的外壁，而小的离子会板和中间较为厚重的绝缘体实现，筛选的主要部件，主要由一段弧形轰击到内壁，只有比值恰好符合设通常适用于最大能量在300KV以下的的真空腔体和上下一对磁铁组成。定的所需子才会顺利通过这一区域，离子注入设备。因为

7、设备实现过高当带电离子被吸极电场加速后会获得而非所需离子被阻挡了下来。能量的设计尺寸将由于绝缘问题而非一定的能量E：最为常见的分析磁场被制成70常庞大。能量释放，X射线等也都将度至120度的弯曲腔体，内壁两侧装成为较难解决的问题。有石墨挡板。在与离子路径垂直的方2.RF加速向上下各有一个通电磁铁，分析磁场这种方式通常使用于高能量注入E=qeV的强度大小就是由这个通电磁铁的电机中由于直流加速器在高能量范围的其中q为离子的电荷量，V为吸流来调节设定的。某些机型还会分别绝缘效果有限，因此设计通常采用极电场的电压，e代表库仑电

8、荷量。设计质量分析和能量分析两个分析磁多个RF振荡电路变频极板组合的方当带电离子在磁场中运动且运动方向场，以提高工艺的纯度和精度。为了式来达到高能量加速，单价离子最和磁场方向垂直时，带电离子将受避免相邻质量元素，同位素以及多价高能量可高达1.2MeV，且目前只有洛仑兹力的影响作圆周运动，其半离子（团）的影响，分析磁场的端口少数设备