半导体制造工艺之离子注入原理课件 38页.ppt

半导体制造工艺基础 第七章 离子注入原理 ( 上 ) 1 有关扩散方面的主要内容 ? 费克定律的运用和特殊解 ? ? 特征扩散长度的物理含义 ? ? 非本征扩散 ? ? 常用杂质的扩散特性及与点缺陷的相互作用 ? ? 常用扩散掺杂方法 ? ? 常用扩散掺杂层的质量测量 ? ? Distribution according to error function ? ? ? ? ? ? ? ? ? Dt x C t x C s 2 erfc , ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Dt x Dt Q t x C T 4 exp , 2 ? Distribution according to Gaussian function 半导体制造工艺基础 第七章 离子注入原理 ( 上 ) 2 实 际 工 艺 中 二 步 扩 散 第一步 为恒定表面浓度的扩散（ Pre-deposition ） （称为预沉积或预扩散） 控制掺入的杂质总量 ? 1 1 1 2 t D C Q ? 第二步 为有限源的扩散（ Drive-in ），往往同时氧化 （称为主扩散或再分布） 控制扩散深度和表面浓度 2 2 1 1 1 2 2 2 2 t D t D C t D Q C ? ? ? ? 半导体制造工艺基础 第七章 离子注入原理 ( 上 ) 3 什么是离子注入 离化后的原子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的 表层，以改变这种材料表层的物理或化学性质 离子注入的基本过程 ? 将某种元素的原子或携 带该元素的分子经离化 变成带电的离子 ? 在强电场中加速，获得 较高的动能后，射入材 料表层（靶） ? 以改变这种材料表层的 物理或化学性质 半导体制造工艺基础 第七章 离子注入原理 ( 上 ) 4 离子注入特点 ? 可通过精确控制掺杂剂量（ 10 11 -10 18 cm -2 ）和能量（ 1-400 keV ）来 达到各种杂质浓度分布与注入浓度 ? 平面上杂质掺杂分布非常均匀（ 1% variation across an 8 wafer ） ? 表面浓度不受固溶度限制，可做到浅结低浓度 或深结高浓度 ? 注入元素可以非常纯，杂质单一性 ? 可用多种材料作掩膜，如金属、光刻胶、介质；可防止玷污，自由 度大 ? 离子注入属于低温过程（因此可以用光刻胶作为掩膜），避免了高 温过程引起的热扩散 ? 横向效应比气固相扩散小得多，有利于器件尺寸的缩小 ? 会产生缺陷，甚至非晶化，必须经高温退火加以改进 ? 设备相对复杂、相对昂贵（ 尤其是超低能量离子注入机 ） ? 有不安全因素，如高压、有毒气体 半导体制造工艺基础 第七章 离子注入原理 ( 上 ) 5 磁分析器 离 子 源 加速管 聚焦 扫描系统 靶 r ? ? dt q I A Q 1 BF 3 ： B ++ ， B + ， BF 2 + ， F + , BF + ， BF ++ B 10 B 11 半导体制造工艺基础 第七章 离子注入原理 ( 上 ) 6 ? 源（ Source ）： 在半导体应用中，为了操作方便， 一般采用 气体源 ，如 BF 3 ， BCl 3 ， PH 3 ， AsH 3 等。 如用固体或液体做源材料，一般先加热，得到它 b) 离子源（ Ion Source ）： 灯丝（ filament ）发出的 自由电子在电磁场作用下，获得足够的能量后撞 击源分子或原子，使它们电离成离子，再经吸极 吸出，由初聚焦系统聚成离子束，射向磁分析器 气体源： BF 3 ， AsH 3 ， PH 3 ， Ar ， GeH 4 ， O 2 ， N 2 ， ... 离子源： B ， As ， Ga ， Ge ， Sb ， P ， ... 半导体制造工艺基础 第七章 离子注入原理 ( 上 ) 7 离子注入过程是一个 非平衡 过程，高能离子进入 靶后不断与原子核及其核外电子碰撞，逐步损失 能量，最后停下来。停下来的位置是随机的，大 部分不在晶格上，因而没有电活性。 半导体制造工艺基础 第七章 离子注入原理 ( 上 ) 8 注入离子如何在体内静止？ LSS 理论 ——