電子科大《集成電路工藝》第十七章

第十七章

擴(kuò)散和離子注入微固學(xué)院張金平j(luò)inpingzhang@117.1引言本章主要內(nèi)容：擴(kuò)散工藝和離子注入工藝擴(kuò)散和離子注入工藝的應(yīng)用擴(kuò)散和離子注入設(shè)備本章知識(shí)要點(diǎn)：掌握摻雜的目的和應(yīng)用；掌握擴(kuò)散和離子注入的原理及其應(yīng)用；掌握退火效應(yīng)和溝道效應(yīng)了解離子注入設(shè)備。2摻雜原因：本征硅導(dǎo)電能力很差。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)，并使摻入的雜質(zhì)數(shù)量和分布情況都滿足要求。17.1引言3半導(dǎo)體常用雜質(zhì)17.1引言4擴(kuò)散:是將一定數(shù)量和一定種類的雜質(zhì)通過高溫?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)行摻雜的過程。OxideOxidePSiliconsubstrateDiffusedregionNDopantgas束掃描MaskMaskSiliconsubstratexj離子注入機(jī)17.1引言5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。17.1引言6具有摻雜區(qū)的CMOS結(jié)構(gòu)17.1引言717.1引言8亞微米CMOSIC制造廠典型的硅片流程模型測(cè)試/揀選t注入擴(kuò)散刻蝕拋光光刻完成的硅片無圖形的硅片硅片起始薄膜硅片制造前端17.1引言917.2擴(kuò)散10擴(kuò)散原理固溶度擴(kuò)散機(jī)構(gòu)擴(kuò)散方式擴(kuò)散工藝

擴(kuò)散效應(yīng)

17.2擴(kuò)散1117.2.1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)121100℃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。

17.2.2固溶度13在間隙位置被轉(zhuǎn)移的硅原子SiSiSiSiSiSiSiSiSic)機(jī)械的間隙轉(zhuǎn)移SiSiSiSiSiSiSiSiSia)硅晶格結(jié)構(gòu)b)替位擴(kuò)散SiSiSiSiSiSiSiSiVacancyDopantd)間隙擴(kuò)散SiSiSiSiSiSiSiSiSi間隙式雜質(zhì)(雜質(zhì)原子半徑較小)17.2.3雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)構(gòu)14雜質(zhì)原子在半導(dǎo)體中擴(kuò)散的方式有兩種：間隙式擴(kuò)散：間隙式雜質(zhì)原子在晶格的間隙位置間運(yùn)動(dòng)。替位式擴(kuò)散：替位式雜質(zhì)原子依靠周圍空的格點(diǎn)（即空位）來進(jìn)行擴(kuò)散。如對(duì)硅而言，Au、Ag、Cu、Fe、Ni等半徑較小的雜質(zhì)原子按間隙式擴(kuò)散；P、As、Sb、B、Al、Ga、In等半徑較大的雜質(zhì)原子按替位式擴(kuò)散。17.2.3雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)構(gòu)15間隙式擴(kuò)散：必須要越過一個(gè)高度為Ei為0.6~1.2eV的勢(shì)壘越過勢(shì)壘的幾率：擴(kuò)散系數(shù)：17.2.3雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)構(gòu)16替位式擴(kuò)散：只有當(dāng)替位雜質(zhì)的近鄰晶格上出現(xiàn)空位（勢(shì)壘高度Ev），同時(shí)還需大于勢(shì)壘高度Es的能量，替位雜質(zhì)才能運(yùn)動(dòng)到近鄰空位上。越過勢(shì)壘的幾率：擴(kuò)散系數(shù)：由于（Ev+Es）比Ei大（其差值遠(yuǎn)大于kT），因而替位雜質(zhì)擴(kuò)散遠(yuǎn)比間隙雜質(zhì)的擴(kuò)散慢17.2.3雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)構(gòu)1717.2.3雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)構(gòu)擴(kuò)散系數(shù)與溫度有關(guān)D0：擴(kuò)散率△E：擴(kuò)散工藝激活能k0：玻耳茲曼常數(shù)T：絕對(duì)溫度。18擴(kuò)散過程中，雜質(zhì)不斷進(jìn)入硅中，而表面雜質(zhì)濃度保持不變表面雜質(zhì)濃度由該雜質(zhì)在此溫度下的固溶度決定：邊界條件1：N(0,t)=Ns假定雜質(zhì)在硅片內(nèi)擴(kuò)散的深度遠(yuǎn)小于硅片的厚度：

邊界條件2：N(∞,t)=0在擴(kuò)散開始時(shí)，硅片內(nèi)沒有雜質(zhì)擴(kuò)進(jìn)，初始條件為：

N(x,0)=0x>0一、恒定表面濃度的擴(kuò)散17.2.4雜質(zhì)擴(kuò)散方式19x是由表面算起的垂直距離(cm)，t代表擴(kuò)散時(shí)間(s)恒定表面源擴(kuò)散，雜質(zhì)為余誤差分布17.2.4雜質(zhì)擴(kuò)散方式20在一定擴(kuò)散溫度下，表面雜質(zhì)濃度Ns為由擴(kuò)散溫度下的固溶度決定。擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散溫度越高，擴(kuò)散進(jìn)硅片內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量就越多。對(duì)單位面積的半導(dǎo)體而言，在t時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散到體內(nèi)的雜質(zhì)總量可求出：恒定表面源擴(kuò)散的主要特點(diǎn):擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高，擴(kuò)散深度越大。結(jié)深的位置由N(xj,t)=NB和上面公式可得：17.2.4雜質(zhì)擴(kuò)散方式21擴(kuò)散開始時(shí)，半導(dǎo)體表面雜質(zhì)源總量一定，此種擴(kuò)散稱為有限源擴(kuò)散。假定擴(kuò)散開始時(shí)硅表面單位面積的雜質(zhì)總量為Q，且均勻地在一極薄的一層內(nèi)（厚度h），雜質(zhì)在硅片內(nèi)要擴(kuò)散的深度遠(yuǎn)大于h。初始條件和邊界條件為：N(x,0)=0，x>hN(x,0)=Ns=Q/h，0<x≤hN(∞,t)=0二、有限源擴(kuò)散:17.2.4雜質(zhì)擴(kuò)散方式22有限源擴(kuò)散，雜質(zhì)分布為高斯分布17.2.4雜質(zhì)擴(kuò)散方式23

擴(kuò)散時(shí)間越長(zhǎng)，雜質(zhì)擴(kuò)散越深，表面濃度越低；擴(kuò)散溫度越高，雜質(zhì)擴(kuò)散得也越深，表面濃度下降得越多；在整個(gè)擴(kuò)散過程中，雜質(zhì)總量Q保持不變。表面雜質(zhì)濃度可控，任何t時(shí)刻的表面濃度為：因此有限源擴(kuò)散的雜質(zhì)分布也可表示為：有限源擴(kuò)散的主要特點(diǎn):17.2.4雜質(zhì)擴(kuò)散方式24結(jié)深為：表面濃度Ns與擴(kuò)散深度成反比，擴(kuò)散越深，則表面濃度越低；NB越大，結(jié)深將越淺。17.2.4雜質(zhì)擴(kuò)散方式25為了同時(shí)滿足對(duì)表面濃度、雜質(zhì)總量以及結(jié)深等的要求，實(shí)際生產(chǎn)中常采用兩步擴(kuò)散工藝：

第一步稱為預(yù)擴(kuò)散或預(yù)淀積，在較低的溫度下，采用恒定表面源擴(kuò)散方式，其分布為余誤差函數(shù)，目的在于控制擴(kuò)散雜質(zhì)總量；第二步稱為主擴(kuò)散或再分布，將表面已沉積雜質(zhì)的硅片在較高溫度下擴(kuò)散，以控制擴(kuò)散深度和表面濃度。

激活：雜質(zhì)原子與襯底原子形成共價(jià)鍵，成為替位式雜質(zhì)。17.2.4雜質(zhì)擴(kuò)散方式在引入擴(kuò)散源后作推進(jìn)擴(kuò)散時(shí)，常常會(huì)在硅片上表面有一氧化層或其它覆蓋層保護(hù)硅片，使硅片中的雜質(zhì)不會(huì)揮發(fā)到大氣中去。26

17.2.6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)、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)O]3（B2O3，P2O5，BN等）27磷的液態(tài)源擴(kuò)散三氯氧磷（POCl3）是普遍選用的液態(tài)源，無色透明液體，有毒，在室溫下具有較高的蒸氣壓。磷的液態(tài)源擴(kuò)散做為預(yù)擴(kuò)散，其化學(xué)反應(yīng)式：

POCl3→PCl5＋

P2O5

PCl5＋

O2→P2O5＋

Cl2POCl3＋

O2→P2O5＋

Cl2

P2O5＋

Si→P＋SiO217.2.6擴(kuò)散工藝28硼的涂源擴(kuò)散B2O3乳膠源是普遍選用的擴(kuò)散源，該源無毒。通過旋轉(zhuǎn)涂敷到硅片上，經(jīng)過烘培除去有機(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＋SiO217.2.6擴(kuò)散工藝29方塊電阻(Rs:單位為/)和結(jié)深是擴(kuò)散的重要工藝參數(shù)，兩個(gè)參數(shù)已知?jiǎng)t擴(kuò)散分布曲線也可確定下來。結(jié)深測(cè)量:磨角染色法,HF與01％HNO3的混合液，使p區(qū)的顯示的顏色比n區(qū)深方塊電阻(Rs:單位為/):17.2.6擴(kuò)散工藝VItSSS14323017.2.7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。31硼、磷雜質(zhì)在SiO2－Si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SiO2－Si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。17.2.7擴(kuò)散效應(yīng)3217.2.8擴(kuò)散常用雜質(zhì)源3317.3離子注入34a) 低摻雜濃度(n–,p–)淺結(jié)(xj)MaskMaskSiliconsubstratexj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MaskMaskSiliconsubstratexj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)物理過程，即不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。17.3離子注入35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機(jī)示意圖17.3離子注入

離子注入的基本過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）3617.3.1離子注入特點(diǎn)

離子注入的優(yōu)點(diǎn)：精確地控制摻雜濃度和摻雜深度可以獲得任意的雜質(zhì)濃度分布雜質(zhì)濃度均勻性、重復(fù)性很好摻雜溫度低沾污少無固溶度極限37

離子注入的缺點(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17.3.1離子注入特點(diǎn)38劑量：劑量是單位面積硅片表面注入的離子數(shù)，單位是原子每平方厘米。Q：劑量，原子數(shù)/cm2；I：束流，庫倫/秒；n：每個(gè)離子的電荷數(shù)；A：注入面積；t：時(shí)間。離子注入是硅片制造的重要技術(shù)，主要原因之一是它能夠重復(fù)向硅片中注入相同劑量的雜質(zhì)。17.3.2離子注入?yún)?shù)39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)運(yùn)動(dòng)，它的能量為100KeV17.3.2離子注入?yún)?shù)40SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiX-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。17.3.2離子注入?yún)?shù)4117.3.2離子注入?yún)?shù)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42射程R:指的是離子注入過程中，離子穿入硅片所走過的總距離。投影射程Rpi:射程在入射方向上的投影。投影射程也是停止點(diǎn)與靶表面直距的垂離。決定于離子質(zhì)量和能量、靶的質(zhì)量和離子束相對(duì)于硅片晶體結(jié)構(gòu)的方向。平均投影射程RP:投影射程的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差△Rp：表示注入雜質(zhì)在RP附近的分布17.3.2離子注入?yún)?shù)入射離子束Siliconsubstrate對(duì)單個(gè)離子停止點(diǎn)RpiDRp

雜質(zhì)分布43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投影射程圖17.3.2離子注入?yún)?shù)4417.3.3離子注入濃度分布

Φ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。注入離子在無定形靶中的濃度分布為高斯分布:45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φ越大，濃度峰值越高；

(3)注入離子的能量E（20~200KeV）越大，RP、ΔRP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，且下降速度越來越快。

17.3.3離子注入濃度分布4617.3.3離子注入濃度分布離子注入結(jié)深Xj其中:NB為襯底濃度4717.3.3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48

入射能量（KEV）注入的離子20406080100120140160180BRP66213021903246529943496397444324872RP283443556641710766813854890PRP25348673089112381497175720192279RP119212298380456528595659719AsRP1592693744785826867918981005RP5999136172207241275308341各種離子在Si中的Rp和△Rp值(?)17.3.3離子注入濃度分布各種離子在光刻膠中的Rp和△Rp值(?)

入射能量（KEV）注入的離子20406080100120140160180BRP22674587673687211056912305139471551117007RP475763955109512021288135914201472PRP86616542474332041825053592768037675RP19835349963676588699911041203AsRP67311291553196623752783319236024015RP12620728634941548054360666717.3.3離子注入濃度分布各種離子在SiO2中的Rp和△Rp值(?)

入射能量（KEV）注入的離子20406080100120140160180BRP62212831921252831403653417946855172RP252418540634710774827874914PRP19938858679210021215142916441859RP84152216276333387437485529AsRP127217303388473559646734823RP43729912515117620122625117.3.3離子注入濃度分布各種離子在Si3N4中的Rp和△Rp值(?)

入射能量（KEV）注入的離子20406080100120140160180BRP4809901482195023962820322636173994RP196326422496555605647684716PRP154300453612774939110512711437RP65118168215259301340377411AsRP99169235301367433500586637RP3356779711813715717619517.3.3離子注入濃度分布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。17.3.4離子注入效應(yīng)53硅單晶的退火a)注入過程中損傷的硅晶格離子束修復(fù)硅晶格結(jié)構(gòu)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。17.3.4離子注入效應(yīng)54沿<110>軸的硅晶格視圖溝道效應(yīng)：離子沿某些方向滲入的速度比其它方向大，使離子峰值在Si片更深處或呈現(xiàn)雙峰值的雜質(zhì)分布?！?/p>

Si的<110>晶向?yàn)殚_溝方向，是注入最深的方向17.3.4離子注入效應(yīng)55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、無溝道效應(yīng)時(shí)的雜質(zhì)濃度分布17.3.4離子注入效應(yīng)56傾斜硅片<111><100><110>

（100）硅片：偏離垂直方向7度；

<110>晶向：旋轉(zhuǎn)硅片15到35度；

超淺結(jié)低能注入：傾斜硅片幾乎不起什么作用。17.3.4離子注入效應(yīng)57

控制溝道效應(yīng)的方法

1.傾斜硅片：常用方法

2.緩沖氧化層：離子通過氧化層后，方向隨機(jī)。

3.硅預(yù)非晶化：增加Si+注入，低能量（1KEV）淺注入應(yīng)用非常有效

4.使用質(zhì)量較大的原子17.3.4離子注入效應(yīng)5817.4離子注入的應(yīng)用5917.4離子注入的應(yīng)用深埋層倒摻雜阱穿通阻擋層閾值電壓調(diào)整輕摻雜漏極(LDD)源/漏注入多晶硅柵溝槽電容超淺結(jié)絕緣體上硅(SOI)6017.4.1深埋層深埋層：用高能離子注入(大于200keV)實(shí)現(xiàn)。

三阱結(jié)構(gòu)有一個(gè)埋層在摻雜阱下面的注入阱，改進(jìn)器件性能和封裝密度。應(yīng)用埋層的一個(gè)重要原因是控制CMOS電路的閂鎖效應(yīng)。61

倒摻雜阱：注入雜質(zhì)濃度峰值在硅片表面下一定深度處，改進(jìn)晶體管抵抗閂鎖效應(yīng)和穿通的能力17.4.2倒摻雜阱62

穿通：漏耗盡區(qū)向輕摻雜溝道區(qū)擴(kuò)展，與源耗盡區(qū)連通的現(xiàn)象。防穿通注入的雜質(zhì)位于臨近源漏區(qū)的有源溝道下。17.4.3穿通阻擋層63

閾值調(diào)整：在溝道區(qū)硅層下注入雜質(zhì)，調(diào)整到所需濃度。17.4.4閾值電壓調(diào)整6417.5.5LDD注入

LDD：LDD注入在溝道邊緣的界面區(qū)域產(chǎn)生復(fù)雜的橫向和縱向雜質(zhì)剖面。減小了結(jié)和溝道區(qū)間的電場(chǎng)，把結(jié)中的最大電場(chǎng)位置與溝道中的最大電流路徑分離，以防止產(chǎn)生熱載流子。6517.5.6源漏注入

S/D注入：形成重?fù)诫s區(qū)。As注入通常用來形成nMOS的源漏區(qū)；B或BF2注入用來形成pMOS的源漏區(qū)。6617.4.7多晶硅柵

多晶硅柵摻雜：在源漏區(qū)注入時(shí)，對(duì)多晶硅柵進(jìn)行摻雜，以減小電阻。67n+dopantn+p+傾斜注入形成電容器的溝槽17.4.8溝槽電容器

溝槽電容器：在硅中用干法刻蝕溝槽形成。為了獲得足夠的電容，在電容器側(cè)墻很薄一層中的雜質(zhì)濃度應(yīng)達(dá)到約1019/cm3。68180nm20?gateoxide54nmarsenicimplantedlayerPolygate17.4.9超淺結(jié)

超淺結(jié)：器件等比例地減小的要求，用大束流低能注入實(shí)現(xiàn)。對(duì)0.18μm工藝，超淺結(jié)深約為54±18nm；0.1μm工藝為30±

10nm。6917.4.10絕緣層上硅SIMOXSiliconSubstrateP+SiliconEpiLayerP-P-WellN-WellN+SourceN+DrainP+SourceP+DrainSiliconSubstrateP+SiliconSubstrateP-WellN-WellN+SourceN+DrainP+SourceP+DrainImplantedsilicondioxideSiliconSubstrateP+普通的CMOS硅片結(jié)構(gòu)具有SIMOX埋氧化層的CMOS硅片7017.5離子注入機(jī)71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17.5.1離子注入機(jī)結(jié)構(gòu)72離子源引出電極（吸極）和離子分析器加速管掃描系統(tǒng)工藝室

17.5.1離子注入機(jī)結(jié)構(gòu)73前板狹縫起弧室燈絲電子反射器氣體入口5V電子反射器Anode+100V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17.5.2離子源74吸出組件源室渦輪泵離子源絕緣體離子源和吸極裝配圖起弧室吸極吸出組件離子束17.5.3引出電極（吸極）和離子分析器75參考端(PA電壓)抑制電極接地電極++++++++++-

-

----------NS

NS120V起弧吸出組件離子源源磁鐵5V燈絲ToPA+離子束2.5kV抑制60kV吸引吸極系統(tǒng)：收集離子源中產(chǎn)生的所有正離子，形成離子束。17.5.3引出電極（吸極）和離子分析器76石墨離子源分析磁體離子束吸出組件較輕離子重離子中性離子17.5.3引出電極（吸極）和離子分析器77100MW100MW100MW100MW100MW0kV+100kV+80kV+20kV+40kV+60kV+100kV離子束Ionbeam到工藝腔Electrode來自分析磁體17.5.4加速管78鄰近吸收PresentapplicationsEvolvingapplications多晶摻雜源/漏損傷工程埋層倒摻雜阱三阱Vt調(diào)整溝道和漏工程0.1110100100010,0001017101110121013101410151016Energy(keV)Dose(atoms/cm2)劑量與能量圖17.5.4加速管79Source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Wafer

大電流高能離子束：用于注入掩埋雜質(zhì)層，如倒摻雜阱和三阱。減少注入時(shí)間，提高產(chǎn)量。17.5.4加速管80+++++++++++++++++++++++++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?？臻g電菏中和：二次電子中和正離子的方法。17.5.4加速管81源分析磁體加速管中性束流陷阱聚焦陽極Y-axis偏轉(zhuǎn)X-axis偏轉(zhuǎn)中性束流路徑Wafer離子束接地的收集板中性束流陷阱雜質(zhì)離子與殘留氣體分子碰撞，獲得一個(gè)電子，形成中性離子。中性束流陷阱：利用偏轉(zhuǎn)電極，使離子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)。中性離子不能偏轉(zhuǎn)，它們將繼續(xù)直行，撞擊到接地的收集板上。17.5.4加速管8217.5.5掃描系統(tǒng)

聚束離子束通過掃描覆蓋整個(gè)硅片：中等電流的注入機(jī)束斑約1cm2

，大電流的約為3cm2。

掃描方式：固定硅片，移動(dòng)束斑---中低電流注入機(jī)；固定束斑，移動(dòng)硅片---大電流注入機(jī)。注入機(jī)中的掃描系統(tǒng)：靜電掃描；機(jī)械掃描混合掃描平行掃描83+離子束Y-axis偏轉(zhuǎn)X-axis偏轉(zhuǎn)Wafer旋轉(zhuǎn)傾斜高頻X-axis偏轉(zhuǎn)低頻Y-axis偏轉(zhuǎn)靜電離子束掃描

靜電掃描：在X-Y電極上加特定電壓，使離子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，注入到固定的硅片上。用電磁場(chǎng)能夠獲得與靜電相同的效果。17.5.