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1、離子注入工藝及設備研究畢業(yè)設計論文離子注入工藝及設備研究系電子信息工程系專業(yè)微電子技術姓名楊雷班級微電103學號1001113110指導教師劉錫鋒職稱講師指導教師 職稱設計時間2012.9.19－2013.1.421離子注入工藝及設備研究摘要：在電子工業(yè)中，離子注入現(xiàn)在已經成為了微電子工藝中的一種重要的摻雜技術，也是控制MOSFET閾值電壓的一個重要手段。因此在當代制造大規(guī)模集成電路中，可以說是一種必不可少的手段。離子注入的方法就是在真空中、低溫下，把雜質離子加速（對Si，電壓≥105V），獲得很大動能的雜質離子即可以直接進入半導體中；同時也會在半導體中產生一些晶格缺
2、陷，因此在離子注入后需用低溫進行退火或激光退火來消除這些缺陷。離子注入的雜質濃度分布一般呈現(xiàn)為高斯分布，并且濃度最高處不是在表面，而是在表面以內的一定深度處。離子注入的優(yōu)點是能精確控制雜質的總劑量、深度分布和面均勻性，而且是低溫工藝（可防止原來雜質的再擴散等），同時可實現(xiàn)自對準技術（以減小電容效應）。關鍵詞：離子注入工藝；半導體；摻雜21離子注入工藝及設備研究目錄第一章引言4第二章離子注入工藝52.1離子注入的原理52.2離子注入的分類62.3離子射程62.4離子注入劑量72.5離子注入的要求7第三章離子注入的特點93.1離子注入的特點93.2離子注入與擴散工藝的比較
3、9第四章離子注入設備114.1離子源114.1.1離子源114.2.2離子束吸取電極114.2質量磁分析器124.2.1E×B質量分析器124.2.2磁質量分析器144.3加速聚焦器154.4掃描系統(tǒng)154.5終端系統(tǒng)16第五章離子注入工藝中存在的問題175.1溝道效應175.2損傷175.2.1注入損傷175.2.2離子注入層的電特性175.3退火185.4顆粒污染18第六章離子注入質量檢測196.1顆粒污染196.2劑量控制196.3超淺結結深19第七章總結20致謝21參考文獻2221離子注入工藝及設備研究第一章引言離子注入技術是近30年來在國際上蓬勃發(fā)展和廣泛應
4、用的一種材料表面改性高新技術。現(xiàn)代的半導體制造工藝中制造一個完整的半導體器件一般要用到許多步（15～25步）的離子注入。離子注入的最主要工藝參數(shù)是雜質種類,注入能量和摻雜劑量。雜質種類是指選擇何種原子注入硅基體,一般雜質種類可以分為N型和P型兩類,N型主要包括磷,砷,銻等,而P型則主要包括硼,銦等。注入能量決定了雜質原子注入硅晶體的深度,高能量注入得深,而低能量注入得淺。摻雜劑量是指雜質原子注入的濃度,其決定了摻雜層導電的強弱。通常半導體器件的設計者需要根據具體的目標器件特性為每一步離子注入優(yōu)化以上這些工藝參數(shù)。離子注入工藝離子注入是現(xiàn)代集成電路制造中的一種非常重要的
5、技術,其利用離子注入機實現(xiàn)半導體的摻雜,即將特定的雜質原子（Dopant）以離子加速的方式注入硅半導體晶體內改變其導電特性并最終形成晶體管結構。隨著半導體集成電路的高速發(fā)展,對工藝提出了更高的要求,特別是對關鍵工藝的影響更大。本文對半導體集成電路工藝中的離子注入工藝的主要特點、工藝中存在的幾個問題及工藝質量檢測等方面進行了重點闡述。21離子注入工藝及設備研究第二章離子注入工藝2.1離子注入的原理圖2-1離子注入離子注入是將離子源產生的離子經加速后高速射向材料表面，當離子進入表面，將與固體中的原子碰撞，將其擠進內部，并在其射程前后和側面激發(fā)出一個尾跡。這些撞離原子再與其
6、它原子碰撞，后者再繼續(xù)下去，大約在10-11s內，材料中將建立一個有數(shù)百個間隙原子和空位的區(qū)域。這所謂碰撞級聯(lián)雖然不能完全理解為一個熱過程，但經?？闯墒且粋€熱能很集中的峰。一個帶有100keV能量的離子通常在其能量耗盡并停留之前，可進入到數(shù)百到數(shù)千原子層。當材料回復到平衡，大多數(shù)原子回到正常的點陣位置，而留下一些“凍結”的空位和間隙原子。這一過程在表面下建立了富集注入元素并具有損傷的表層。離子和損傷的分布大體為高斯分布。整個阻止過程的時間僅用10-11s，位移原子的停留也是在相近時間內完成的，所以全過程很像發(fā)生在長約0.1μm和直徑為0.02μm的圓柱材料總的快速加熱
7、與淬火。離子注入處理的這種快速加熱－淬火與新原子注入材料中相結合，其結果可產生一些獨特的性能。離子注入的深度是離子能量和質量以及基體原子質量的函數(shù)。能量愈高，注入愈深。一般情況下，離子越輕活基體原子越輕，注入越深。一旦到達表面，離子本身就被中和，并成為材料的整體部分，所以注入層不會像常規(guī)那樣有可能脫落或剝離。注入的離子能夠與固體原子，或者彼此之間，甚至與真空室內的殘余氣體化合生成常規(guī)合金或化合物。由于注入時高能離子束提供反應后的驅動力，故有可能在注入材料中形成常規(guī)熱力學方式不能獲得的亞穩(wěn)態(tài)或“非平衡態(tài)”化合物這就可能使一種元素的添加量遠遠超過正常熱溶
