半导体工艺与制造篇3 离子注入

离子注入工艺

一般掺杂的杂质类别,包括:提供载流子的施主杂质和受主杂质;产生复合中心的重金属杂质

离子注入往往需要生成井well,其中井的定义:晶圆与杂质之间形成的扩散层或杂质与杂质之间形成的扩散层

离子注入的目的:用掺杂改变电导率,一般用于较小制程下

离子注入的优点:可控、低温

离子注入的缺点:晶格损伤

离子注入的各项指标

离子剂量

离子剂量的定义:单位面积硅片表面注入的离子数

离子束电流也称为束流,其定义:离子注入机中正杂质离子形成离子束后的流量

射程

射程的定义:离子注入硅片的总距离

射程的特点:离子注入机能量越高射程越大

投影射程

投影射程的定义:注入离子在硅片中的穿行距离

投影射程取决于离子质量、离子能量、靶的质量、离子束相对晶体结构的方向

投影射程的特性:原子序数越大,原子尺寸越大,存在遮蔽层,则投影射程越小

为什么射程会有极限呢?因为存在离子阻滞

阻滞机制有两种:核阻滞,产生原因是与原子核碰撞;电子阻滞,产生原因是与电子发生反应

核阻止是短程作用,在低能量时主导,效果是有明显的散射;电子阻滞是长程作用,在高能量时主导,效果是离子基本沿原方向运动

沟道效应

沟道效应的产生原因:由于硅长程有序,注入离子未经碰撞穿透了晶格

沟道效应的影响效果:正常情况下,杂质射程应呈正态分布,沟道效应打破了这个分布

沟道效应的抑制方法:

1.遮蔽氧化层也称为掩蔽氧化层牺牲氧化层

2.晶圆倾斜,如<100>方向的晶圆,倾斜角7度

晶圆倾斜的缺点:可能会导致机器件性能不对称

改进方法则是:经常旋转晶圆

3.单晶硅预非晶化

单晶化预非晶化的实现方法:破坏晶圆表面薄膜的晶格原子

缺点:需额外注入高能量的硅或锗,且更加耗时

离子注入机

离子注入机的组成部分:离子源、吸出组件、离子质量分析器、离子加速器、扫描系统

离子园

离子源的常用气体: B 2 H 6 , A s H 3 , P H 3 , B F 3 B_2H_6,AsH_3,PH_3,BF_3 B2H6,AsH3,PH3,BF3

离子源的典型结构:弗里曼型离子源。但由于电流小,离子源寿命短,所以被bernus伯纳斯离子源替代

离子产生的原理:通过热钨丝产生的电子轰击气体原子或分子而产生离子

吸出组件

吸出组件也称为萃引电极,其作用是:收集正离子,形成离子束

离子质量分析器

离子质量分析器的作用:利用质荷比的不同分离所需离子

离子加速器

离子加速器的作用:给予离子能量,其中低能量用于浅结深,高能量用于深结深

离子加速器的分类有:直流加速器和射频加速器

射频加速器

射频加速器包含:四级聚焦镜和共振器

四级聚焦镜的作用是聚集离子束

电荷中性系统

电荷中性系统,别称静电偏转系统,目的:防止正离子给晶圆表面充电,阻碍离子进一步注入

中性束流陷阱的定义:杂质离子与气体分子碰撞而获得一电子,即形成中性离子

扫描系统

扫描系统的分类:静电式扫描和机械式扫描

静电式扫描的优点:可去除离子数中的中性离子;晶圆固定,颗粒污染小

静电式扫描的缺点:不适用于高能离子束。所以改进为机器式扫描

机械是扫描的特点:离子束固定

扫描系统如何控制离子电流或剂量呢?则是通过法拉第杯传感器测量离子束电流系统

离子注入机的分类:

中低速流里的注入机使用范围,穿通注入专用

低能大束流离子注入机适用范围是源极和漏极。其中,超低能数流用于超浅露源级和漏极,注入能量为200电子伏特到4000电子伏特

高能大束流离子注入机用于制造n井和p井

离子注入监控

方法包括:四点探针法、热波法、二次离子质谱仪

四点探针法用于计算薄片电阻,需要测量四次

四点探针法的缺点:接触式测量,会造成损伤

热播法用于测量掺杂浓度

热播法的优点:非接触、非破坏式测量

热播法的缺点:对低剂量掺杂灵敏度很低

二次离子质谱仪得特点:破坏性检测,很贵,所以仅用于关键步骤

离子注入的危险来源

1.火花崩溃电压得产生原因是器件全为高压装置

火花崩溃电压的定义:在空气中尖端放电的现象

高压区放电防护的措施:用接地棒将机台剩余高压导入地,以防漏电或触电

2.辐射线

辐射线的防护措施:用含铅的门板和墙壁阻挡辐射

3.机械传动危险

故障分析

故障的对象:有离子注入剂量和金属沾污

1.离子注入剂量的问题:分类剂量过多会导致电阻过小,剂量过少会导致电阻过大

2.金属沾污的产生原因:质荷比相同或接近时无法确实分离

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