文档介绍：离子注入
(Ion Implantation)
离子注入概述
最早应用于原子物理和核物理研究
提出于1950’s
1970’s中期引入半导体制造领域
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,能在高压下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 < 10 KeV ,刻蚀、镀膜
E = 10 ~ 50 KeV,曝光
E > 50 KeV,注入掺杂
离子束的性质
离子束加工方式可分为
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。扩散工艺的掩蔽膜必须是 SiO2 膜,而离子注入的掩蔽膜可以是 SiO2 膜,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。
1、掩模方式(投影方式)
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。实现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。
2、聚焦方式(扫描方式)
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 BF3、 AsH3 和 PH3 等。
质量分析器:不同离子具有不同的电荷质量比,因而在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:用来将加速后的离子聚集成直径为数毫米的离子束。
偏转扫描系统:用来实现离子束 x、y 方向的一定面积内进行扫描。
工作室:放置样品的地方,其位置可调。
离子注入系统示意图