离子注入技术Impla

离子注入技术(Implant)姓名：张贺学号：10811201152基本原理和基本结构1综述3技术指标4应用及结论1综述

最早应用于原子物理和核物理研究提出于1950’s1970’s中期引入半导体制造领域2基本原理和基本结构基本原理：离子注入（Implant）是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。注：离子束（IonBeam）用途E<10KeV

，刻蚀、镀膜E=10~50KeV，曝光E>50KeV，注入掺杂

离子束加工方式可分为

1、掩模方式（投影方式）2、聚焦方式（FIB,FocusIonBeam）掩模方式需要大面积平行离子束源，故一般采用等离子体型离子源，其典型的有效源尺寸为100

m，亮度为10~100A/cm2.sr。聚焦方式则需要高亮度小束斑离子源，当液态金属离子源（LMIS

,LiquidMetalIonSource

）出现后才得以顺利发展。LMIS的典型有效源尺寸为5~500

nm，亮度为106~107A/cm2.sr

。基本结构：离子注入系统（传统）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（离子能量为100keV量级)。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。基本结构：离子注入系统（传统）离子注入系统示意图离子注入系统实物图2.1离子源作用：产生所需种类的离子并将其引出形成离子束。分类：等离子体型离子源、液态金属离子源（LMIS,LiquidMetalIonSource

）。

LMIS的类型、结构和发射机理液态金属钨针针尖的曲率半径为ro

=1~5

m，改变E2

可以调节针尖与引出极之间的电场，使液态金属在针尖处形成一个圆锥，此圆锥顶的曲率半径仅有10nm

的数量级，这就是LMIS能产生小束斑离子束的关键。2.2

注入离子浓度分布离子注入过程：入射离子与半导体（靶）的原子核和电子不断发生碰撞，其方向改变，能量减少，经过一段曲折路径的运动后，因动能耗尽而停止在某处。离子浓度呈高斯分布。注入离子分布(高斯型)RP：投影射程，射程的平均值2.3退火工艺注入离子会引起晶格损伤（一个高能离子可以引起数千个晶格原子位移）。离子注入后需要将注入离子激活。离子注入后必须进行退火处理，目的是消除注入损伤和激活杂质。在半导体制造行业通常采用快速热退火(RTA，RapidThermalAnnealing

)。一个离子引起的晶格损伤轻离子重离子退火前后的比较退火前退火后离子注入扩散1低温，光刻胶掩膜室温或低于400℃高温，硬掩膜900－1200℃2各向异性各向同性3可以独立控制结深和浓度不能独立控制结深和浓度离子注入与扩散的比较一言以蔽之：可控性好

离子注入的缺点1、离子注入将在靶中产生大量晶格缺陷；2、离子注入难以获得很深的结（一般在1um以内，例如对于100keV离子的平均射程的典型值约为0.1um

）；3、离子注入的生产效率比扩散工艺低；4、离子注入系统复杂昂贵。半导体掺杂工艺：大规模集成电路固体材料表面改性：抗腐蚀、硬度、耐磨、润滑光波导:光纤传感器太阳能电池3离子注入的应用离子注入机设备与发展中束流μA350DNV6200A大束流mANV10-80NV10-160NV10-160SDNV10-180GSD/200E2离子注入机技术指标1.离子束能量80KeV形式：2-80KeV（也可选90KeV）160KeV形式：5–160KeV(也可选180KeV)2.80KeV注入机的最大束流3.160KeV注入机的最大束流GSD/200E2离子注入机技术指标离子注入机设备与发展离子注入机设备与发展目前最大的几家IMP设备厂商是VARIAN（瓦里安）,AXCELIS,AIBT（汉辰科技）,而全球最大的设备厂商AMAT（应用材料）基本退出了IMPLANTER的领域，高能离子注入机以AXCELIS为主，