離子注入技術(shù)(Implant).ppt

1、離子注入技術(shù)(Implant),姓名：張賀 學(xué)號：1081120115,2 基本原理和基本結(jié)構(gòu),1 綜述,3 技術(shù)指標,4 應(yīng)用及結(jié)論,1 綜述,最早應(yīng)用于原子物理和核物理研究 提出于1950s 1970s中期引入半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,2 基本原理和基本結(jié)構(gòu),基本原理：離子注入（Implant）是一種對半導(dǎo)體進行摻雜的方法。將雜質(zhì)電離成離子并聚焦成離子束，在電場中加速而獲得極高的動能后，注入到硅中（稱為 “靶” ）而實現(xiàn)摻雜。,注：離子束（Ion Beam）用途 E 50 KeV，注入摻雜,離子束加工方式可分為 1、掩模方式（投影方式） 2、聚焦方式（FIB,Focus Ion Beam）,掩模方式

2、需要大面積平行離子束源，故一般采用等離 子體型離子源，其典型的有效源尺寸為100 m，亮度為10 100 A/cm2.sr。 聚焦方式則需要高亮度小束斑離子源，當液態(tài)金屬離子源（LMIS , Liquid Metal Ion Source ）出現(xiàn)后才得以順利發(fā)展。LMIS 的典型有效源尺寸為 5 500 nm，亮度為 106 107 A/cm2.sr 。,基本結(jié)構(gòu)：離子注入系統(tǒng)（傳統(tǒng)）,離子源：用于離化雜質(zhì)的容器。常用的雜質(zhì)源氣體有 BF3、 AsH3 和 PH3 等。 質(zhì)量分析器：不同離子具有不同的電荷質(zhì)量比，因而在分析器磁場中偏轉(zhuǎn)的角度不同，由此可分離出所需的雜質(zhì)離子，且離子束很純。 加速

3、器：為高壓靜電場，用來對離子束加速。該加速能量是決定離子注入深度的一個重要參量（離子能量為100keV量級)。 中性束偏移器：利用偏移電極和偏移角度分離中性原子。,聚焦系統(tǒng)：用來將加速后的離子聚集成直徑為數(shù)毫米的離子束。 偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)：用來實現(xiàn)離子束 x、y 方向的一定面積內(nèi)進行掃描。 工作室：放置樣品的地方，其位置可調(diào)。,基本結(jié)構(gòu)：離子注入系統(tǒng)（傳統(tǒng)）,離子注入系統(tǒng)示意圖,離子注入系統(tǒng)實物圖,2.1 離子源,作用：產(chǎn)生所需種類的離子并將其引出形成離子束。 分類：等離子體型離子源、液態(tài)金屬離子源（LMIS, Liquid Metal Ion Source ）。,LMIS 的類型、結(jié)構(gòu)和發(fā)射機理

4、,液態(tài)金屬,鎢針,針尖的曲率半徑為 ro = 1 5 m，改變 E2 可以調(diào)節(jié)針尖與引出極之間的電場，使液態(tài)金屬在針尖處形成一個圓錐，此圓錐頂?shù)那拾霃?僅有 10 nm 的數(shù)量級，這就是 LMIS 能產(chǎn)生小束斑離子束的關(guān)鍵。,2.2 注入離子濃度分布,離子注入過程：入射離子與半導(dǎo)體（靶）的原子核和電子不斷發(fā)生碰撞，其方向改變，能量減少，經(jīng)過一段曲折路徑的運動后，因動能耗盡而停止在某處。 離子濃度呈高斯分布。,注入離子分布(高斯型),RP：投影射程，射程的平均值,2.3 退火工藝,注入離子會引起晶格損傷（一個高能離子可以引起數(shù)千個晶格原子位移）。 離子注入后需要將注入離子激活。,離子注入后必須

5、進行退火處理，目的是消除注入損傷和激活雜質(zhì)。在半導(dǎo)體制造行業(yè)通常采用快速熱退火 (RTA，Rapid Thermal Annealing )。,一個離子引起的晶格損傷,輕離子,重離子,退火前后的比較,退火前,退火后,離子注入與擴散的比較,一言以蔽之：可控性好,離子注入的缺點,1、離子注入將在靶中產(chǎn)生大量晶格缺陷； 2、離子注入難以獲得很深的結(jié)（一般在 1um以內(nèi)，例如對于100keV離子的平均射程的典型值約為0.1um ）； 3、離子注入的生產(chǎn)效率比擴散工藝低； 4、離子注入系統(tǒng)復(fù)雜昂貴。,半導(dǎo)體摻雜工藝： 大規(guī)模集成電路 固體材料表面改性： 抗腐蝕、硬度、耐磨、潤滑 光波導(dǎo): 光纖傳感器 太

6、陽能電池,3 離子注入的應(yīng)用,離子注入機設(shè)備與發(fā)展,GSD/200E2離子注入機技術(shù)指標,1.離子束能量 80KeV 形式：2 - 80KeV（也可選90KeV） 160KeV形式：5 160KeV(也可選180KeV),2.80KeV注入機的最大束流,3.160KeV注入機的最大束流,GSD/200E2離子注入機技術(shù)指標,離子注入機設(shè)備與發(fā)展,離子注入機設(shè)備與發(fā)展,目前最大的幾家IMP設(shè)備廠商是VARIAN（瓦里安 ）, AXCELIS, AIBT（漢辰科技 ）, 而全球最大的設(shè)備廠商AMAT（應(yīng)用材料）基本退出了IMPLANTER的領(lǐng)域，高能離子注入機以AXCELIS為主，主要為批量注入，而Varian則占領(lǐng)