离子注入工艺及设备研究论

《离子注入工艺及设备研究论》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、毕业设计论文离子注入工艺及设备研究系电子信息工程系专业微电子技术姓名班级微电103学号1001113110指导教师职称讲师指导教师　职称设计时间2012.9.19－2013.1.4摘要：在电子工业中，离子注入现在已经成为了微电子工艺中的一种重要的掺杂技术，也是控制MOSFET阈值电压的一个重要手段。因此在当代制造大规模集成电路中，可以说是一种必不可少的手段。离子注入的方法就是在真空中、低温下，把杂质离子加速（对Si，电压≥105V），获得很大动能的杂质离子即可以直接进入半导体中；同时也会在半导体中产生一些晶格缺陷，因此在离子注入后需用低温进行退火

2、或激光退火来消除这些缺陷。离子注入的杂质浓度分布一般呈现为高斯分布，并且浓度最高处不是在表面，而是在表面以内的一定深度处。离子注入的优点是能精确控制杂质的总剂量、深度分布和面均匀性，而且是低温工艺（可防止原来杂质的再扩散等），同时可实现自对准技术（以减小电容效应）。关键词：离子注入工艺；半导体；掺杂目录第一章引言4第二章离子注入工艺52.1离子注入的原理52.2离子注入的分类62.3离子射程62.4离子注入剂量72.5离子注入的要求7第三章离子注入的特点93.1离子注入的特点93.2离子注入与扩散工艺的比较9第四章离子注入设备114.1离子源11

3、4.1.1离子源114.2.2离子束吸取电极114.2质量磁分析器124.2.1E×B质量分析器124.2.2磁质量分析器144.3加速聚焦器154.4扫描系统154.5终端系统16第五章离子注入工艺中存在的问题175.1沟道效应175.2损伤175.2.1注入损伤175.2.2离子注入层的电特性175.3退火185.4颗粒污染18第六章离子注入质量检测196.1颗粒污染196.2剂量控制196.3超浅结结深19第七章总结20致谢21参考文献22第一章引言离子注入技术是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性高新技术。现代的半导体制

4、造工艺中制造一个完整的半导体器件一般要用到许多步（15～25步）的离子注入。离子注入的最主要工艺参数是杂质种类,注入能量和掺杂剂量。杂质种类是指选择何种原子注入硅基体,一般杂质种类可以分为N型和P型两类,N型主要包括磷,砷,锑等,而P型则主要包括硼,铟等。注入能量决定了杂质原子注入硅晶体的深度,高能量注入得深,而低能量注入得浅。掺杂剂量是指杂质原子注入的浓度,其决定了掺杂层导电的强弱。通常半导体器件的设计者需要根据具体的目标器件特性为每一步离子注入优化以上这些工艺参数。离子注入工艺离子注入是现代集成电路制造中的一种非常重要的技术,其利用离子注入机

5、实现半导体的掺杂,即将特定的杂质原子（Dopant）以离子加速的方式注入硅半导体晶体内改变其导电特性并最终形成晶体管结构。随着半导体集成电路的高速发展,对工艺提出了更高的要求,特别是对关键工艺的影响更大。本文对半导体集成电路工艺中的离子注入工艺的主要特点、工艺中存在的几个问题及工艺质量检测等方面进行了重点阐述。第二章离子注入工艺2.1离子注入的原理图2-1离子注入离子注入是将离子源产生的离子经加速后高速射向材料表面，当离子进入表面，将与固体中的原子碰撞，将其挤进内部，并在其射程前后和侧面激发出一个尾迹。这些撞离原子再与其它原子碰撞，后者再继续下去

6、，大约在10-11s内，材料中将建立一个有数百个间隙原子和空位的区域。这所谓碰撞级联虽然不能完全理解为一个热过程，但经常看成是一个热能很集中的峰。一个带有100keV能量的离子通常在其能量耗尽并停留之前，可进入到数百到数千原子层。当材料回复到平衡，大多数原子回到正常的点阵位置，而留下一些“冻结”的空位和间隙原子。这一过程在表面下建立了富集注入元素并具有损伤的表层。离子和损伤的分布大体为高斯分布。整个阻止过程的时间仅用10-11s，位移原子的停留也是在相近时间内完成的，所以全过程很像发生在长约0.1μm和直径为0.02μm的圆柱材料总的快速加热与淬

7、火。离子注入处理的这种快速加热－淬火与新原子注入材料中相结合，其结果可产生一些独特的性能。离子注入的深度是离子能量和质量以及基体原子质量的函数。能量愈高，注入愈深。一般情况下，离子越轻活基体原子越轻，注入越深。一旦到达表面，离子本身就被中和，并成为材料的整体部分，所以注入层不会像常规那样有可能脱落或剥离。注入的离子能够与固体原子，或者彼此之间，甚至与真空室内的残余气体化合生成常规合金或化合物。由于注入时高能离子束提供反应后的驱动力，故有可能在注入材料中形成常规热力学方式不能获得的亚稳态或“非平衡态”化合物这就可能使一种元素的添加量远远超过正常热溶

8、解的数量。用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失