中职教育一年级上学期电子与信息《掺杂》教学课件

项目三芯片流片过程工艺3.4掺杂微电子技术与器件制造主讲人：秦英杰3.4掺杂引言

/

INTRODUCTION本项目从离子注入掺杂，先让读者掺杂工艺有一个初步了解；然后详细介绍离子注入专业技能。通过后续离子注入和洁净车间进入的任务实施，让读者进一步了解干法刻蚀与离子注入工艺、以及如何进入洁净车间。PART01

认识离子注入掺杂PART02离子注入设备PART03离子注入实施PART04离子注入常见异常故障排除目录3.4掺杂3.4掺杂知识目标1.认识离子注入及作用2.掌握硅提纯的原理3.4.1认识离子注入掺杂3.4.1认识离子注入掺杂本征半导体的导电性很差，只有在晶圆中加入少量杂质，使其结构和电导率发生改变时，硅才能成为一个有用的半导体，这个过程叫做掺杂。掺杂是制作半导体器件和集成电路必不可少的工序，通常有热扩散和离子注入2种掺杂方式。在这里，以离子注入为例进行介绍。3.4.1认识离子注入掺杂1．离子注入的作用

离子注入掺杂技术是现代先进的掺杂技术，而且已经是比较成熟的工艺。

离子注入是通过离子轰击，使杂质以离子束的形式注入半导体内，从而形成PN结构和各种半导体器件，以及改变材料的电导率。在超高速、微波和中大规模集成电路制备过程中，器件的结深和基区的宽度，都小到只有零点几微米，杂质浓度分布也有更高的要求。目前，离子注入法已成为超大规模集成电路制造中不可缺少的掺杂工艺。3.4.1认识离子注入掺杂

2．掺杂元素

通过掺杂使杂质原子代替原材料中的部分原子，材料的导电类型决定于杂质的化合价。一般业界常用的掺杂元素，如表所示。掺杂类型掺杂元素P型掺杂硼（B）、镓（Ga）、铟（In）N型掺杂氮（N）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）其他掺杂碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、氩（Ar）3.4.1认识离子注入掺杂知识总结使用离子注入机和掺杂元素，采用离子注入方式，完成向晶圆中加入少量杂质的任务。其中，掺杂类型为P型、掺杂元素为硼（B）3.4掺杂知识目标了解离子注入设备3.4.2离子注入设备3.4.2离子注入设备

离子注入机体积庞大，结构非常复杂。离子注入机的外观，如图所示。根据使用工艺、应用领域、注入剂量和能量的范围不同，传统上离子注入机分为中低电流、大电流、高能量等三种。离子注入机3.4.2离子注入设备离子注入设备主要由显示区、上料区和离子注入区等组成。离子注入机的结构俯视图，如图所示。离子注入机结构示意图3.4.2离子注入设备知识总结离子注入设备主要由显示区、上料区和离子注入区等组成3.4掺杂知识目标接下来，我们通过仿真练习来了解离子注入实施过程。3.4.3离子注入实施3.4.3离子注入实施知识总结通过仿真练习中，我们学习了离子注入实施中主要有5个实施步骤。1.领料确认2.设备准备3.设备运行4.退火5.结批3.4掺杂知识目标了解离子注入常见异常故障排除3.4.4离子注入常见异常故障排除3.4.4离子注入常见异常故障排除

离子注入过程中，可能会出现杂质注入含量不均、离子源沾污等故障，需要进行对应的处理。在这里，主要介绍几种常见的异常故障。1．剂量不均匀造成掺杂区域杂质含量不一致

（1）异常描述

用方阻和热波轮廓图检测时，发现晶圆表面不同区域的杂质含量不同。3.4.4离子注入常见异常故障排除

（2）异常分析

经检测，发现是由剂量不均匀造成的，造成剂量不均匀的原因，可能是注入机的泄露电流影响或扫描系统异常等。

（3）故障处理

若是扫描系统故障，在大电流注入时，需要检查扫描盘的驱动系统是否有机械问题；在中低电流注入时，需要检查扫描系统的X和Y方向扫描是否正确。

若是注入机中的泄露电流问题，需要清理所有绝缘体，确保没有溅射堆积材料，另外电缆的绝缘必须采用高质量材料。3.4.4离子注入常见异常故障排除2．离子束中存在污染物（1）异常描述用SIMS检测时，发现离子束中有沾污现象。（2）异常分析造成离子束沾污的原因，主要有离子源沾污、质量分析中的离子沾污、质量分析后