《离子注入》PPT课件

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1、第二篇单项工艺1华山风光第四章离子注入主要内容离子注入概述4.1理想化的离子注入系统；4.2注入离子与衬底原子的相互作用；3垂直投影射程及标准偏差；4.4注入损伤及退火恢复；4.5离子注入浅结的形成；4.6离子注入的工艺问题4.7埋层介质；4.8问题和关注点-沾污和均匀性；4.9理论模拟。目的：掺杂（1954年，Shockley提出）；应用：COMS工艺的阱，源、漏，调整VT的沟道掺杂，防止寄生沟道的沟道隔断，特别是浅结。定义: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。离子注入离子注入概述•

2、最先被采用的半导体掺杂技术•是早期集成电路制造中最重要的技术之一，高温炉通称为“扩散炉”。•需在高温炉中进行•需使用二氧化硅作掩膜•无法独立控制结深和浓度•各向同性•杂质剂量控制精度较差。自1970年中期开始离子注入技术被广泛采用。扩散技术目前主要应用于杂质的推进，以及用于形成超浅结（仍处于研发中）。扩散掺杂离子注入概述离子注入掺杂发展历史：1954年肖克莱首先提出并申请了专利。1955年英国人W.D.Gussins用硼离子轰击Ge晶片，在n型材料上形成p型层，但当时对p-n结形成机理不很清楚，所以这一新技术没有得到人们重视。随着原子能技术的发展，对于离子束对物质轰击效果的研究，强离子束

3、设备的出现，为离子注入的发展奠定了基础。离子注入掺杂发展同时，半导体器件工艺需要进一步提高，寻求一种新的掺杂方法，于是在六十年代，离子注入技术又重新兴起。1961年第一个实用的离子注入器件问世；1963年在Si中注入高浓度铯离子形成p-n；1968年离子注入变容二极管，及MOS晶体管；1973年第一台商用离子注入机问世；1973年以后，更深入的了解和更广泛的应用；1980年后，大多数工艺技术已经全部采用离子注入；目前离子注入技术已成为特大规模集成电路制作中不可缺少的掺杂工艺。什么是离子注入？离子束把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面，这个现象叫做溅射；而当离子束射到固体材料时，从固体材

4、料表面弹了回来，或者穿出固体材料而去，这些现象叫做散射；另外有一种现象是，离子束射到固体材料以后，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，这一现象就叫做离子注入。离子注入可分为半导体离子注入（掺杂）、材料改性注入（金属离子注入）和新材料合成注入。9将某种元素的原子或携带该元素的分子经离化变成带电的离子；在强电场中加速，获得较高的动能后，射入材料表层（靶）；退火激活杂质。离子注入基本过程离子注入工艺的特点低温工艺注入剂量可精确控制注入深度可控4.不受固溶度限制5.半导体掺杂注入需要退火以激

5、活杂质和消除损伤6.材料改性注入可不退火引入亚稳态获得特殊性能7.无公害技术8.可完成各种复合掺杂11离子注入技术优点离子注入技术主要有以下几方面的优点：（1）注入的离子是通过质量分析器选取出来的，被选取的离子纯度高，能量单一，从而保证了掺杂纯度不受杂质源纯度的影响即掺杂纯度高。（2）注入剂量在1011一1017离子／cm2的较宽范围内，同一平面内的杂质均匀度可保证在±1％的精度。大面积均匀掺杂（3）离子注入温度低，衬底一般是保持在室温或低于400℃。因此，像二氧化硅、氮化硅、光刻胶,铝等都可以用来作为选择掺杂的掩蔽膜。对器件制造中的自对准掩蔽技术给予更大的灵活性，这是热扩散方法根本做不

6、到的。12离子注入技术优点（4）离子注入深度是随离子能量的增加而增加。可精确控制掺杂浓度和深度（5）根据需要可从几十种元素中挑选合适的N型或P型杂质进行掺杂。能容易地掺入多种杂质（6）离子注入时的衬底温度较低（小于600℃），这样就可以避免高温扩散所引起的热缺陷。同时横向效应比热扩散小得多。（7）表面浓度不受固溶度限制，可做到浅结低浓度或深结高浓度。（8）可实现化合物半导体掺杂。（化合物半导体高温处理时组分会发生变化，采用离子注入可使之不分解）13离子注入技术缺点会产生缺陷，甚至非晶化，必须经高温退火加以改进；很浅和很深的注入分布无法实现。（沟道效应，要有一个角度注入）高剂量注入时，离子

7、注入的产率受限制（尤其是与同时运行200片硅片的扩散工艺相比）。设备相对复杂、相对昂贵（尤其是超低能量离子注入机）（一台最新系统超过2百万美金）有不安全因素，如高压、有毒气体离子注入的应用1.P阱或N阱注入~1E12atom/cm22.阈值调整注入~1E11atom/cm23.场注入~1E12atom/cm24.源漏注入~1E15atom/cm25.隔离注入~1E15atom/cm26.基区注入~1E12atom/cm27.发射、收