微電子材料與制程：第五章 擴(kuò)散與離子注入

1、2018年深圳大學(xué)材料學(xué)院本科生課程微電子材料與制程第五章 擴(kuò)散與離子注入25.1 引言 摻雜本質(zhì)：改變硅的電阻率，使其成為有用的半導(dǎo)體。 摻雜目的： 主要是形成PN結(jié)35.1 引言45.1 引言55.1 引言亞微米IC 制造廠典型的硅片流程測(cè)試/揀選t注入擴(kuò)散刻蝕拋光光刻完成的硅片無(wú)圖形的硅片硅片起始薄膜硅片制造前端65.1 引言半導(dǎo)體常用雜質(zhì)75.1 引言擴(kuò)散: 是將一定數(shù)量和一定種類的雜質(zhì)通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散摻入到硅或其它晶體中，以改變晶體的電學(xué)性質(zhì)，并使摻入的雜質(zhì)數(shù)量和分布情況都滿足要求的過(guò)程。離子注入: 是在高真空的復(fù)雜系統(tǒng)中，產(chǎn)生電離雜質(zhì)并形成高能量的離子束，入射到硅片靶中進(jìn)行摻雜的過(guò)程。

2、OxideOxideP Silicon substrateDiffused regionNDopant gas束掃描MaskMaskSilicon substratexj離子注入機(jī)85.1 引言摻雜方式擴(kuò)散：摻雜總量及濃度分布受擴(kuò)散時(shí)間和溫度影響；形成特征尺寸較大；擴(kuò)散溫度較高，需氧化物或氮化物作為掩膜。離子注入：雜質(zhì)總量及濃度分布受注入劑量、能量和推結(jié)時(shí)間及溫度決定。適于小特征尺寸的芯片。注入溫度較低，常用光刻膠作為掩膜。5.2 擴(kuò)散105.2.1 擴(kuò)散原理擴(kuò)散：粒子從濃度較高的地方向著濃度較低的地方移動(dòng)，從而使得粒子的分布逐漸趨于均勻； 濃度的差別越大，擴(kuò)散越快； 溫度越高，擴(kuò)散也越快。目

3、的：在硅中加入一定數(shù)量和種類的雜質(zhì)，改變其電學(xué)性質(zhì)。擴(kuò)散方式：氣態(tài)；液態(tài)；固態(tài)115.2.1 擴(kuò)散原理在間隙位置的雜質(zhì)雜質(zhì)空位 （a）間隙式擴(kuò)散 （b）替位式擴(kuò)散固態(tài)雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)制125.2.1 擴(kuò)散原理雜質(zhì)在硅中的擴(kuò)散 沿著空位進(jìn)行替位式擴(kuò)散。對(duì)于硅，Au、Ag、Cu、Fe、Ni 等半徑較小的金屬雜質(zhì)原子按間隙式擴(kuò)散，而 P、As、Sb、B、Al、Ga、In 等半徑較大的雜質(zhì)原子則按替位式擴(kuò)散。間隙式擴(kuò)散的速度比替位式擴(kuò)散的速度快得多。 135.2.1 擴(kuò)散原理雜質(zhì)擴(kuò)散方程J為擴(kuò)散粒子流密度，定義為單位時(shí)間通過(guò)單位面積的粒子數(shù)， D為擴(kuò)散系數(shù)，是表征雜質(zhì)擴(kuò)散快慢的系數(shù)，N是擴(kuò)散粒子的濃度。對(duì)雜

4、質(zhì)擴(kuò)散方程進(jìn)行求解，首先需要引入兩組邊界條件，分別是： 1). 恒定表面源條件（表面雜質(zhì)濃度固定） 2). 有限表面源條件（雜質(zhì)總量固定）145.2.1 擴(kuò)散原理其擴(kuò)散方程的解： 式中的erfc 代表余誤差函數(shù)1)、余誤差函數(shù)分布（恒定表面源擴(kuò)散條件） 余誤差函數(shù)分布的特點(diǎn)： a、當(dāng)擴(kuò)散溫度不變時(shí)，表面雜質(zhì)濃度維持不變。雜質(zhì)表面濃度由該種雜質(zhì)在擴(kuò)散溫度下的固溶度所決定。 b、擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散溫度越高，則擴(kuò)散進(jìn)入硅片內(nèi)的雜質(zhì)總量就越多； c、擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散溫度越高，雜質(zhì)擴(kuò)散得越深；155.2.1 擴(kuò)散原理其擴(kuò)散方程的解： 式中的QT為雜質(zhì)總量2)、高斯函數(shù)分布（有限表面源擴(kuò)散條件） 高斯函

5、數(shù)分布的特點(diǎn)： a、在整個(gè)擴(kuò)散過(guò)程中，雜質(zhì)總量 QT 保持不變； b、擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散溫度越高，則雜質(zhì)擴(kuò)散得越深，表面濃度越低； c、表面雜質(zhì)濃度可控；165.2.2 雜質(zhì)擴(kuò)散后的參數(shù)表征 1)、方塊電阻 2)、結(jié)深175.2.2 雜質(zhì)擴(kuò)散后的參數(shù)表征1)、方塊電阻 方塊電阻就是長(zhǎng)寬相等的擴(kuò)散電阻，它與長(zhǎng)寬大小無(wú)關(guān)。方塊電阻通常用R表示，單位為/。 擴(kuò)散電阻與方塊電阻的關(guān)系： , 當(dāng)L=W時(shí)， 其中為擴(kuò)散層的平均電阻率185.2.2 雜質(zhì)擴(kuò)散后的參數(shù)表征方塊電阻是雜質(zhì)擴(kuò)散的一個(gè)重要表征參數(shù)，因?yàn)樗g接的表征了在半導(dǎo)體中摻入的雜質(zhì)總量。方塊電阻可以通過(guò)四探針測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量。18VItS S S

6、1432195.2.2 雜質(zhì)擴(kuò)散后的參數(shù)表征2)、結(jié)深 定義：雜質(zhì)擴(kuò)散濃度分布曲線與襯底摻雜濃度曲線的交點(diǎn)的位置稱為雜質(zhì)擴(kuò)散的結(jié)深。 結(jié)深的獲得： a、公式計(jì)算（令擴(kuò)散方程的解N（xj , t）= NB） b、實(shí)驗(yàn)測(cè)量余誤差分布高斯分布205.2.2 雜質(zhì)擴(kuò)散后的參數(shù)表征a、結(jié)深公式 余誤差分布 高斯分布215.2.2 雜質(zhì)擴(kuò)散后的參數(shù)表征b、結(jié)深的測(cè)量 磨角染色法, HF與0.1HNO3的混合液，使p區(qū)的顯示的顏色比n區(qū)深 Xj Lsin225.2.3 擴(kuò)散常用雜質(zhì)源硅中的常規(guī)擴(kuò)散雜質(zhì)： 形成P型硅的雜質(zhì)：B、Al、Ga（A族元素） 形成N型硅的雜質(zhì)：P、As、Sb（A族元素） IC制造中常

7、用雜質(zhì)：B、 P、As、Sb 注：B：硼，Al：鋁，Ga：鎵， P：磷，As：砷，Sb：銻235.2.3 擴(kuò)散常用雜質(zhì)源 Si中慢擴(kuò)散雜質(zhì)（擴(kuò)散系數(shù)?。?B、 As、Sb Si中快擴(kuò)散雜質(zhì)（擴(kuò)散系數(shù)大）： P、 Al、Ga 在SiO2中擴(kuò)散系數(shù)非常小的雜質(zhì)： B、 P、As、Sb 在SiO2中擴(kuò)散系數(shù)大的雜質(zhì)：Al、Ga 擴(kuò)散雜質(zhì)在Si和SiO2中的不同擴(kuò)散特性：241100硅中的固溶度 固溶度：在一定溫度下，襯底能夠吸收雜質(zhì)濃度的上限。5.2.3 擴(kuò)散常用雜質(zhì)源255.2.3 擴(kuò)散常用雜質(zhì)源265.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝液態(tài)源擴(kuò)散系統(tǒng)固態(tài)源擴(kuò)散系統(tǒng)氣態(tài)源擴(kuò)散系統(tǒng)磷烷(PH4)、砷烷(AsH3

8、) 、氫化銻(SbH3)、乙硼烷(H2B6)等(劇毒氣體) 三氯氧磷 (POCl3) 、硼酸三甲脂 B(CH3)O3 （B2O3，P2O5，BN等）275.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝1)、固態(tài)源擴(kuò)散 依據(jù)擴(kuò)散系統(tǒng)的不同分類為：開(kāi)管擴(kuò)散、箱法擴(kuò)散、涂源法擴(kuò)散和薄膜擴(kuò)散。開(kāi)管擴(kuò)散：雜質(zhì)源是片狀或粉狀，且雜質(zhì)源與硅片平行分開(kāi)，不接觸；箱法擴(kuò)散：雜質(zhì)源與硅片放在有蓋的石英箱里；涂源法擴(kuò)散：將摻有雜質(zhì)的乳膠源旋涂在硅片上；薄膜法擴(kuò)散：用CVD辦法先在硅片上淀積一層含擴(kuò)散雜質(zhì)的薄膜，如氧化硅、氮化硅。優(yōu)點(diǎn)：重復(fù)性、穩(wěn)定性較好缺點(diǎn)：源處理不方便（如B2O3易受潮，需活化處理）285.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝舉例：硼的

9、涂源擴(kuò)散（固態(tài)源擴(kuò)散） B2O3乳膠源是普遍選用的擴(kuò)散源，該源無(wú)毒。通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂敷到硅片上，經(jīng)過(guò)烘培除去有機(jī)溶劑，然后進(jìn)入高溫爐進(jìn)行預(yù)擴(kuò)散。 其化學(xué)反應(yīng)式： B2O3 Si B SiO2295.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝2)、液態(tài)源擴(kuò)散方法：攜帶氣體經(jīng)過(guò)液態(tài)雜質(zhì)源，將雜質(zhì)源蒸汽（雜質(zhì)化合物）帶入擴(kuò)散爐管內(nèi)與硅反應(yīng)，或分解后與硅反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、效率高缺點(diǎn)：腐蝕性高，起泡器加壓（易炸），對(duì)溫度敏感305.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝舉例：磷的液態(tài)源擴(kuò)散 三氯氧磷（POCl3）是普遍選用的液態(tài)源， POCl3是無(wú)色透明液體，其熔點(diǎn)是2 ，沸點(diǎn)是105.3 ，具有窒息性氣味，在室溫下具有較高的

10、蒸氣壓，有毒。磷的液態(tài)源擴(kuò)散屬于預(yù)擴(kuò)散。 化學(xué)反應(yīng)式： POCl3 PCl5 P2O5 PCl5 O2 P2O5 Cl2 POCl3 O2 P2O5 Cl2 P2O5 Si P SiO2315.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝液態(tài)源擴(kuò)散系統(tǒng)325.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝 3)、氣態(tài)源擴(kuò)散氣態(tài)雜質(zhì)源一般先在硅片表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成摻雜氧化層，雜質(zhì)再由氧化層向硅中預(yù)擴(kuò)散。以B摻雜為例： B2H6+2O2 B2O3+3H2O 2H2O+Si SiO2+2H2 2B2O3+3Si 4B+3SiO2優(yōu)點(diǎn)：操作很方便缺點(diǎn)：安全問(wèn)題，氣態(tài)源均易爆33 半導(dǎo)體工藝中，常規(guī)結(jié)深（Xj）擴(kuò)散均采用兩步擴(kuò)散工藝： 第一步：預(yù)擴(kuò)散

11、或預(yù)沉積 溫度一般較低（980以下）、時(shí)間短（小于60分鐘）。此步擴(kuò)散為恒定表面源擴(kuò)散，余誤差函數(shù)分布； 第二步：再擴(kuò)散或結(jié)推進(jìn) 溫度一般較高（1200 左右）、時(shí)間長(zhǎng)（大于120分鐘），同時(shí)生長(zhǎng)SiO2。此步擴(kuò)散為有限表面源擴(kuò)散，高斯函數(shù)分布。兩步擴(kuò)散工藝5.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝采用兩步擴(kuò)散工藝方法的目的及意義：第一步：摻入一定總量的雜質(zhì)，特征是淺結(jié)；第二步：一是形成工藝要求的結(jié)深，二是激活雜質(zhì)， 三是形成后道工序所需的阻擋層氧化硅。34橫向擴(kuò)散原子擴(kuò)散進(jìn)入硅片，向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)：硅的內(nèi)部、橫向和重新離開(kāi)硅片。雜質(zhì)原子沿硅片表面方向遷移，發(fā)生橫向擴(kuò)散。熱擴(kuò)散中的橫向擴(kuò)散通常是縱向結(jié)深的75%一

12、85。橫向擴(kuò)散導(dǎo)致溝道長(zhǎng)度的減小，影響器件的集成度和性能。5.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝35擴(kuò)散效應(yīng)硼、磷雜質(zhì)在SiO2Si界面的分凝效應(yīng) 在硼、磷雜質(zhì)的再擴(kuò)散中，總是要生長(zhǎng)一定厚度的SiO2，雜質(zhì)在SiO2Si界面發(fā)生分凝效應(yīng)，使雜質(zhì)在SiO2和Si中重新分布，其結(jié)果造成在硅中的硼雜質(zhì)總量比磷損失的多，其現(xiàn)象俗稱SiO2吸硼排磷。5.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝365.2.4 雜質(zhì)擴(kuò)散工藝雜質(zhì)源濃度（濃度越高，同樣時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散越深）擴(kuò)散溫度（溫度升高，擴(kuò)散原子獲得能量超越勢(shì)壘幾率增大且空位濃度增大，擴(kuò)散增強(qiáng)）擴(kuò)散時(shí)間（時(shí)間越長(zhǎng)擴(kuò)散進(jìn)入硅片的雜質(zhì)總量越大，結(jié)深越深）擴(kuò)散介質(zhì)結(jié)構(gòu)（介質(zhì)結(jié)構(gòu)越緊密，越不易擴(kuò)散）結(jié)

13、構(gòu)缺陷（原子沿缺陷擴(kuò)散速率快）雜質(zhì)材料本身固有特性影響雜質(zhì)擴(kuò)散的因素375.2.5 雜質(zhì)擴(kuò)散設(shè)備1. 臥式爐2. 立式爐與氧化工藝設(shè)備基本相同5.3 離子注入395.3.1 離子注入概念a)低摻雜濃度 (n, p) 淺結(jié) (xj)MaskMaskSilicon substratexj低能低劑量快速掃描束掃描摻雜離子離子注入機(jī)b)高摻雜濃度 (n+, p+) 和深結(jié) (xj)束掃描高能大劑量慢速掃描MaskMaskSilicon substratexj離子注入機(jī)離子注入：一種向硅襯底中引入可控制數(shù)量的雜質(zhì)，以改變其電學(xué)性能的方法。它是一個(gè)物理過(guò)程，即不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。離子注入是繼擴(kuò)散之后的第二種摻

14、雜技術(shù)，是現(xiàn)代先進(jìn)的集成電路制造工藝非常重要的技術(shù)。有些特殊的摻雜（如小劑量淺結(jié)摻雜、深濃度峰分布摻雜等）擴(kuò)散是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，而離子注入?yún)s能勝任。40離子源分析磁體加速管離子束等離子體工藝腔吸出組件掃描盤 離子注入的基本過(guò)程將某種元素的原子或攜帶該元素的分子經(jīng)離化變成帶電的離子在強(qiáng)電場(chǎng)中加速，獲得較高的動(dòng)能后，射入材料表層（靶）5.3.1 離子注入概念415.3.2 離子注入特點(diǎn) 1). 精確地控制摻雜深度和摻雜濃度 離子注入層的深度依賴于離子能量，而雜質(zhì)濃度依賴于離子劑量?？梢元?dú)立地調(diào)整能量和劑量，精確地控制摻雜層的深度和濃度，工藝自由度大。 2). 可以獲得任意的雜質(zhì)濃度分布 由于離子注入的

15、濃度峰在體內(nèi)，所以基于第1點(diǎn)采用多次疊加注入可以獲得任意形狀的雜質(zhì)分布，增大了設(shè)計(jì)的靈活性。離子注入的優(yōu)點(diǎn)425.3.2 離子注入特點(diǎn) 3). 雜質(zhì)濃度均勻性、重復(fù)性很好 用掃描的方法控制雜質(zhì)濃度的均勻性，在1010 1017ions/cm2的范圍內(nèi)，均勻性可達(dá)2，而擴(kuò)散的均勻性在 10，并且1013ions/cm2以下的小劑量，擴(kuò)散無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 4). 摻雜溫度低 注入可在125以下的溫度進(jìn)行，允許使用不同的注入 阻擋層（如光刻膠、氧化硅），增加了工藝的靈活性。435.3.2 離子注入特點(diǎn) 5). 沾污少 質(zhì)量分離技術(shù)產(chǎn)生沒(méi)有沾污的純離子束，減少了由于雜質(zhì)源純度低帶來(lái)的沾污，另外低溫工藝也減少

16、了摻雜沾污。 6). 無(wú)固溶度極限 注入雜質(zhì)濃度不受硅片固溶度限制。445.3.2 離子注入特點(diǎn)1). 高能雜質(zhì)離子轟擊硅原子將產(chǎn)生晶格損傷2). 注入設(shè)備復(fù)雜昂貴離子注入的缺點(diǎn)455.3.3 離子注入?yún)?shù)1) 注入劑量 注入劑量是樣品表面單位面積注入的離子總數(shù)。單位：離子/cm2 。 I為束流，單位是庫(kù)侖每秒（安培） t為注入時(shí)間，單位是秒 q為電子電荷，等于1.61019庫(kù)侖 n為每個(gè)離子的電荷數(shù) A為注入面積，單位為cm22) 注入能量 離子注入的能量用電子電荷與電勢(shì)差的乘積來(lái)表示。單位：千電子伏特(KEV)。帶有一個(gè)正電荷的離子在電勢(shì)差為100KV的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，它的能量為100KEV。

17、465.3.3 離子注入?yún)?shù)3) 射程、投影射程 具有一定能量的離子入射靶中，與靶原子和電子發(fā)生一系列碰撞（即受到了核阻止和電子阻止）進(jìn)行能量的交換，最后損失了全部能量停止在相應(yīng)的位置，離子由進(jìn)入到停止所走過(guò)的總距離，稱為射程，用R表示。這一距離在入射方向上的投影稱為投影射程 Rp。投影射程也是停止點(diǎn)與靶表面的垂直距離。第i個(gè)離子在靶中的射程Ri和投影射程Rpi475.3.3 離子注入?yún)?shù)4) 平均投影射程 離子束中的各個(gè)離子雖然能量相等，但每個(gè)離子與靶原子和電子的碰撞次數(shù)和損失能量都是隨機(jī)的，使得能量完全相同的同種離子在靶中的投影射程不等，存在一個(gè)統(tǒng)計(jì)分布。離子的平均投影射程RP為 其中N為

18、入射離子總數(shù)，RPi為第i個(gè)離子的投影射程485.3.3 離子注入?yún)?shù)5) 離子的投影射程的標(biāo)準(zhǔn)偏差RP為其中N為入射離子總數(shù)Rp 為平均投影射程Rpi為第i個(gè)離子的投影射程495.3.3 離子注入?yún)?shù)各種離子在Si中注入能量對(duì)應(yīng)平均投影射程圖 注入能量增加，投影射程增加，雜質(zhì)濃度的峰值會(huì)因偏差的增加而降低。 投影射程圖能夠預(yù)測(cè)一定注入能量下的投影射程505.3.4 離子注入濃度分布SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiX-rays電子碰撞原子碰撞被移動(dòng)的硅原子攜能雜質(zhì)原子硅晶格 主要能量損失機(jī)制是電子阻止和核阻止； 電子阻止是雜質(zhì)原子

19、與靶材料的電子發(fā)生碰撞； 核阻止是雜質(zhì)原子與硅原子發(fā)生碰撞，造成硅原子的移位。51核阻止本領(lǐng)在低能量下起主要作用電子阻止本領(lǐng)在高能量下起主要作用核阻止和電子阻止相等的能量注入離子在靶內(nèi)分布理論，簡(jiǎn)稱 LSS理論5.3.4 離子注入濃度分布525.3.4 離子注入濃度分布 為樣品表面單位面積注入的離子總數(shù)（注入劑量，單位:cm-2)。RP 是平均投影射程，離子注入深度的平均值。注入離子在無(wú)定形靶中的濃度分布為高斯分布:535.3.4 離子注入濃度分布注入離子濃度分布的特點(diǎn)：(1) 最大濃度位置在樣品內(nèi)的平均投影射程處： (2) 注入離子的劑量越大，濃度峰值越高；(3) 注入離子的能量E（2020

20、0 KeV）越大，RP 、RP 相應(yīng)越大，濃度峰值越低。(4) 在x = RP 處的兩邊，注入離子濃度對(duì)稱地下降，且下降速度越來(lái)越快。545.3.4 離子注入濃度分布離子注入結(jié)深 Xj其中:NB為襯底濃度555.3.4 離子注入濃度分布真實(shí)分布非常復(fù)雜，不服從嚴(yán)格的高斯分布當(dāng)輕離子硼（B）注入到硅中，會(huì)有較多的硼離子受到大角度的散射,會(huì)引起在峰值位置與表面一側(cè)有較多的離子堆積；重離子散射得更深。注入離子的真實(shí)分布56RP和RP的計(jì)算很復(fù)雜，有表可以查用 入射能量 （KEV）注入的離子20406080100120140160180BRP662130219032465299434963974443

21、24872RP283443556641710766813854890PRP25348673089112381497175720192279RP119212298380456528595659719AsRP1592693744785826867918981005RP5999136172207241275308341各種離子在Si中的Rp和Rp 值 ()5.3.4 離子注入濃度分布575.3.5 離子注入效應(yīng)輕離子沖擊重離子沖擊輕離子和重離子引起的損傷 輕離子注入損傷密度小，但區(qū)域較大； 重離子注入損傷密度大，但區(qū)域很小。585.3.5 離子注入效應(yīng)a) 注入過(guò)程中損傷的硅晶格離子束修復(fù)硅晶格結(jié)構(gòu)

22、并激活雜質(zhì)一硅鍵b) 退火后的硅晶格 高溫退火：激活雜質(zhì)(950)，修復(fù)晶格損傷(500) 。 退火方法： 高溫爐退火：800-1000度退火30分鐘，導(dǎo)致雜質(zhì)的再擴(kuò)散 快速熱退火：1000下短暫時(shí)間退火，減小瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散。595.3.5 離子注入效應(yīng)沿 軸的硅晶格視圖 Si的晶向?yàn)殚_(kāi)溝方向，是注入最深的方向 溝道效應(yīng) 當(dāng)注入離子未與硅原子碰撞減速，而是穿透了晶格間隙時(shí)就發(fā)生了溝道效應(yīng)。605.3.5 離子注入效應(yīng) 控制溝道效應(yīng)的方法： 注入時(shí)，傾斜硅片；掩蔽氧化層； 硅預(yù)非晶化；使用質(zhì)量較大的原子。有、無(wú)溝道效應(yīng)時(shí)的雜質(zhì)濃度分布615.3.6 離子注入應(yīng)用 1. 深埋層 2. 倒摻雜阱 3.

23、 穿透阻擋層 4. 閾值電壓調(diào)整 5. 輕摻雜漏區(qū)（LDD）6. 源漏注入7. 多晶硅柵摻雜8. 溝槽電容器9. 超淺結(jié)10. 絕緣體上硅（SOI）在先進(jìn)的CMOS IC制造中，離子注入有以下應(yīng)用625.3.7 離子注入設(shè)備離子注入機(jī)主要由以下5個(gè)部分組成 1. 離子源 2. 引出電極（吸極）和離子分析器 3. 加速管 4. 掃描系統(tǒng) 5. 工藝室635.3.7 離子注入設(shè)備離子注入系統(tǒng)645.3.7 離子注入設(shè)備1. 離子源 離子源從氣態(tài)或固態(tài)雜質(zhì)中產(chǎn)生正離子。（例如BF3、 AsH3 和 PH3 等） 電子轟擊氣體分子，產(chǎn)生雜質(zhì)離子。電子由熱鎢絲源產(chǎn)生。前板狹縫起弧室燈絲電子反射器氣體入口

24、5 V電子反射器Anode +100 V起弧室氣化噴嘴電爐氣體導(dǎo)入管DI 冷卻水入口摻雜劑氣體入口655.3.7 離子注入設(shè)備2. 引出電極（吸極）和離子分析器 吸極用于把離子從離子源室中引出。+-NS N S120 V起弧吸出組件離子源60 kV吸引2.5 kV抑制源磁鐵5V燈絲To PA+離子束參考端(PA voltage)抑制電極接地電極起弧室665.3.7 離子注入設(shè)備質(zhì)量分析器磁鐵 不同的離子具有不同的質(zhì)量與電荷（如BF3B、 B10 、 B11 、BF2、 F2等），因而在離子分析器磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的角度不同，由此可分離出所需的雜質(zhì)離子。 分析磁體675.3.7 離子注入設(shè)備3. 加速管

25、 加速管用來(lái)加速正離子以獲得更高的速度（即動(dòng)能）。 加速管685.3.7 離子注入設(shè)備 大電流高能離子束源原子質(zhì)量分析磁體線性加速器最終能量分析磁體掃描盤硅片高能注入機(jī)的線性加速器示意圖線性加速器由一組交替變換的高壓電極和接地的四極聚束透鏡組成，使離子加速獲得高能。避免使用超高電壓。695.3.7 離子注入設(shè)備+離子束膨脹剖面摻雜離子+具有空間電荷中和的離子束剖面二次電子空間電荷中和 正電荷間相互排斥，造成離子束膨脹，導(dǎo)致注入不均勻。 空間電菏中和：二次電子中和正離子的方法。705.3.7 離子注入設(shè)備4. 掃描系統(tǒng) 聚束離子束通常很小，必須通過(guò)掃描覆蓋整個(gè)硅片。束斑： 中束流的束斑：1cm2 大束流的束斑：3cm2 掃描方式： 1). 固定硅片、移動(dòng)束斑（中、小束流） 2). 固定束斑、移動(dòng)硅片（大束