离子注入技术(Implant).ppt

1、离子注入技术(Implant),姓名：张贺 学号：1081120115,2 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1950s 1970s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（Ion Beam）用途 E 50 KeV，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,Focus Ion Beam）,掩模方式

2、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10 100 A/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 , Liquid Metal Ion Source ）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 106 107 A/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

3、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, Liquid Metal Ion Source ）。,LMIS 的类型、结构和发射机理

4、,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 10 nm 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

5、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，Rapid Thermal Annealing )。,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

6、阳能电池,3 离子注入的应用,离子注入机设备与发展,GSD/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，主要为批量注入，而Varian则占领