半导体制造装备系列(5)-离子注入机

为改变半导体载流子浓度和导电类型需要对半导体外貌周围区域举行掺杂
。掺杂通常有两种要领：一是高温热扩散法

，即将掺杂气体导入放有硅片的高温炉

，将杂质扩散到硅片内的一种要领；二是离子注入法

，通过离子注入机的加速和指导

，将要掺杂的离子以离子束形式入射到质料中去
。离子注入机是集成电路前道工序中的要害装备
。

一、离子注入机的事情原理：

离子注入机主要由五部分组成：离子源、磁剖析器、加速管或减速管、聚焦和扫描系统、工艺腔(靶室和后台处置惩罚系统)
。各部分功效如下：

1、离子源：用来爆发离子的装置
。原理是通过钨灯丝、射频或和微波等手艺制备要掺杂的离子对掺杂源举行离子化

，再经吸极吸出

，由初聚焦系统聚成离子束

， 射向磁剖析器； 

2、磁剖析器：使用差别荷质比的离子在磁场下运动轨迹的差别将离子疏散

，选出所需的掺杂离子

，被选离子束通过可变狭缝

，进入加速管或减速管； 

3、加速管或减速管：从剖析器出来的离子束

，经由加速或减速打到硅片内部去

，离子经由加速或减速电极后

，在静电场作用下获得所需能量；

4、聚焦和扫描系统：离子束脱离加速管后进入控制区

，先由静电聚焦透镜使其聚焦进入偏转系统

，束流被偏转注到靶上； 

5、工艺腔：包括真空排气系统、装卸硅片的终端台、硅片传输系统和盘算机控制系统
。    

图1. 离子注入机结构

相比热扩散工艺

，离子注入具有以下优势：第一是可以较量准确的控制离子剂量；第二是通过能量选择

，可准确控制掺杂数目

，统一平面内的掺杂离子匀称度可包管在±1%

，可以控制掺杂离子的漫衍剖面

，实现掺杂离子的匀称性；第三是可以使侧向扩散最小化；第四是可以透过外貌层掺杂
。第五离子注入可以在较低温度举行

，像氮化硅、光刻胶等都可以用来作为选择掺杂的遮蔽膜

，对器件制造中的自瞄准遮蔽手艺给予更大的无邪性
。

离子注入的弱点是装备腾贵且重大

，并且由于离子碰撞

，对晶圆外貌的损伤也不可阻止
。好比高能掺杂离子轰击晶圆外貌时容易对晶格结构爆发损伤

，会爆发诸如晶格损伤、空位间隙等缺陷

，因此通常在离子注入后会通过退火工艺来消除这些缺陷
。另一大弱点是

，由于离子注入后掺杂离子会与硅原子爆发碰撞而损失能量

，能量耗尽后离子会停留在晶圆中的某一位置

，因此若想实现更大的离子射程

，必需要增添入射离子能量
。但在离子能量一定情形下

，离子注入是无法实现很深的离子注入漫衍

，因此制作深结节较量难题
。

二、离子注入机的分类：

凭证离子束电流和束流能量规模的差别

， 通？梢园牙胱幼⑷牖治湍艽笫骼胱幼⑷牖⒅械褪胱幼⑷牖透吣芾胱幼⑷牖
。差别类型的离子注入机在工艺中的主要应用各有差别
。

表1. 离子注入机分类

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