扩散&离子注入PPT文档.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 扩散,/,离子注入,1,本章主要内容,3.1,引言,3.2,扩散原理,3.3,扩散工艺,3.4,扩散设备,3.5,离子注入,3.6,离子注入工艺原理,3.7,离子注入效应,3.8,离子注入退火,3.9,离子注入的应用,3.10,离子注入设备,2,3.1,引 言,本征硅电阻率：,金属铝电阻率：,掺杂本质：,改变硅的电阻率，使其成为有用的半导体。,3,掺杂目的：,主要是形成,P,N,结,例子,a,简单的二极管结构,3.1,引 言,4,例子,b,简单的三极管结构,3.1,引 言,5,掺杂手段：,3.1,引 言,扩散,离子注入,6,扩散是微观粒子（原子、分子等）普遍的热运动形式，运动的结果是使浓度分布趋于均匀。,半导体工艺中，扩散是指将一定数量和一定种类的杂质掺入到硅或其它晶体中，以改变晶体的电学性质，并使掺入的杂质数量和分布情况都满足要求的工艺过程。,扩散分为三种即气态、液态和固态。,扩散是硅基集成电路的重要工艺之一。,3.2,扩散原理,1.,扩散的概念,7,在间隙位置的杂质,杂,质,空位,（,a,）间隙式扩散 （,b,）替位式扩散,2.,固态杂质扩散机制,3.2,扩散原理,8,杂,质,在,硅,中,的,扩,散,3.2,扩散原理,9,非克（,Fick,）第一定律：,J,为扩散粒子流密度，定义为单位时间通过单位面积的粒子数，,D,为扩散系数，是表征杂质扩散快慢的系数，,N,是扩散粒子的浓度。,非克第一定律表达了扩散的本质即,温度越高，浓度差越大，扩散就越快。,3.2,扩散原理,3.,杂质扩散方程,10,非克（,Fick,）第二定律：,非克第二定律与非克第一定律描述的物理概念,相同，通常使用非克第二定律求解杂质浓度分,布函数,N(z,t),。,3.2,扩散原理,11,对杂质扩散方程进行求解，首先需要引入两组边界条件，分别是：,1).,恒定表面源条件（表面杂质浓度固定）,2).,有限表面源条件（杂质总量固定）,3.2,扩散原理,4.,杂质浓度分布函数,12,其扩散方程的解：,式中的,erfc,代表余误差函数,1),、,余误差函数分布,（,恒定表面源扩散条件,）,3.2,扩散原理,13,余误差函数分布曲线：,3.2,扩散原理,14,余误差函数分布,的特点：,a,、当,扩散温度不变时，表面杂质浓度维持,不变。杂质表面浓度由该种杂质在扩散温度下的,固溶度,所决定。,b,、,扩散时间越长，扩散温度越高，则扩散进入硅片内的杂质总量就越,多；,c,、,扩散时间越长，扩散温度越高，杂质扩散得越,深；,3.2,扩散原理,15,其扩散方程的解：,式中的,Q,T,为杂质总量,2),、,高斯函数分布,（有限表面源扩散条件,）,3.2,扩散原理,16,高斯函数分布曲线：,3.2,扩散原理,17,高斯函数分布,的特点：,a,、在整个扩散过程中，杂质总量,Q,T,保持,不变；,b,、扩散时间越长，扩散温度越高，则杂质扩散得越深，表面浓度越,低；,c,、表面杂质浓度可,控；,3.2,扩散原理,18,1),、方块电阻,2),、结深,3.2,扩散原理,5.,杂质扩散后的参数表征,19,1),、方块电阻,方块电阻,就是长宽相等的扩散电阻，它与长宽大小无关。方块电阻通常用,R,表示，单位为,/,。,3.2,扩散原理,扩散电阻与方块电阻的关系：,当,L=W,时，,其中,为扩散层的平均电阻率,20,方块电阻是杂质扩散的一个重要表征参数，因为它间接的表征了在半导体中掺入的杂质总量。,方块电阻可以通过四探针测试仪进行测量。,3.2,扩散原理,21,2),、结深,定义：杂质扩散浓度分布曲线与衬底掺杂浓度曲线的交点的位置称为杂质扩散的结深。,结深的获得：,a,、公式计算（令扩散方程的解,N,（,x,j,t,）,=N,B,）,b,、实验测量,余误差分布,高斯分布,3.2,扩散原理,22,a,、结深公式,余误差分布,高斯分布,3.2,扩散原理,23,b,、结深的测量,结深可以通过磨角法、滚槽法测量,X,j,Lsin,3.2,扩散原理,24,方块电阻和结深是扩散的重要工艺参数，两个参数已知则扩散分布曲线也可确定下来。,3.2,扩散原理,25,硅中的常规,扩散,杂质：,形成,P,型硅的杂质：,B,、,Al,、,Ga,（,A,族,元素）,形成,N,型硅的杂质：,P,、,As,、,S,b,（,A,族,元素）,IC,制造中常用杂质：,B,、,P,、,As,、,S,b,注：,B,：,硼，,Al,：铝，,Ga,：,镓，,P,：,磷，,As,：,砷，,S,b,：锑,3.2,扩散原理,6.,与扩散相关的几个知识,26,Si,中慢扩散杂质（扩散系数小）：,B,、,As,、,S,b,Si,中快扩散杂质（扩散系数大）：,P,、,Al,、,Ga,在,SiO,2,中扩散系数非常小的杂质：,B,、,P,、,As,、,S,b,在,SiO,2,中扩散系数大的杂质：,Al,、,Ga,3.2,扩散原理,扩散杂质在,Si,和,SiO,2,中的不同扩散特性：,27,固溶度：,固溶度,就是在一定的温度下，掺入杂质,在硅晶体中,的最大浓度,。,杂 质,固溶度,（,atoms/cm,3,）,硼,（,B,）,2.210,20,磷,（,P,）,1.110,21,砷,（,As,）,1.710,21,锑,（,Sb,）,5.010,19,铝,（,Al,）,1.810,19,1100,下硅中的杂质固溶度,3.2,扩散原理,28,横向扩散（扩散问题）：,X,j,横,（,0.75,0.85,）,X,j,纵,3.2,扩散原理,29,3.3,扩散工艺,1.,扩散方法,1),、固态源扩散,2),、液态源扩散,3),、气态源扩散,根据杂质源的不同进行分类：,30,扩散常用杂质源,杂质,杂质源,化学名称,砷（,As,）,AsH,3,砷烷（气体）,磷（,P,）,PH,3,磷烷（气体）,磷（,P,）,POCl,3,三氯氧磷（液体）,硼（,B,）,B,2,H,6,乙硼烷（气体）,硼（,B,）,BF,3,三氟化硼（气体）,硼（,B,）,BBr,3,三溴化硼（液体）,锑（,Sb,）,SbCl,5,五氯化锑（固体）,3.3,扩散工艺,31,1),、固态源扩散,优点：重复性、稳定性较好,缺点：源处理不方便（如,B,2,O,3,易受潮，需活化处理）,依据扩散系统的不同分类为：开管扩散、箱法扩散、涂源法扩散和薄膜扩散。,开管扩散：杂质源是片状或粉状，且杂质源与硅片平行分开，不接触；,箱法扩散：杂质源与硅片放在有盖的石英箱里；,涂源法扩散：将掺有杂质的乳胶源旋涂在硅片上；,薄膜法扩散：用,CVD,办法先在硅片上淀积一层含扩散杂质的薄膜，如氧化硅、氮化硅。,3.3,扩散工艺,32,举例：硼的涂源扩散（固态源扩散）,B,2,O,3,乳胶源是普遍选用的扩散源，该源无毒。通过旋转涂敷到硅片上，经过烘培除去有机溶剂，然后进入高温炉进行,预扩散,。,其化学反应式：,B,2,O,3,Si B,SiO,2,3.3,扩散工艺,33,2),、液态源扩散,方法：携带气体经过液态杂质源，将杂质源蒸汽（杂质化合物）带入扩散炉管内与硅反应，或分解后与硅反应。,优点：系统简单、操作方便、成本低、效率高,缺点：腐蚀性高，起泡器加压（易炸），对温度敏感,3.3,扩散工艺,34,举例：磷的液态源扩散,三氯氧磷（,POCl,3,）是普遍选用的液态源，,POCl,3,是无色透明液体，其熔点是,2,，,沸点是,105.3,，,具有窒息性气味，在室温下具有较高的蒸气压，有毒。磷的液态源扩散属于,预扩散,。,化学反应式：,POCl,3,PCl,5,P,2,O,5,PCl,5,O,2,P,2,O,5,Cl,2,POCl,3,O,2,P,2,O,5,Cl,2,P,2,O,5,Si P,SiO,2,3.3,扩散工艺,35,液态源扩散系统,3.3,扩散工艺,36,3),、气态源扩散,气态杂质源一般先在硅片表面进行化学反应生成掺杂氧化层，杂质再由氧化层向硅中预扩散。,以,B,掺杂为例：,B,2,H,6,+2O,2,B,2,O,3,+3H,2,O,2H,2,O+Si SiO,2,+2H,2,2B,2,O,3,+3Si 4B+3SiO,2,优点：操作很方便,缺点：安全问题，气态源均易爆,3.3,扩散工艺,37,半导体工艺中，常规结深（,X,j,）扩散均采用两步扩散工艺：,第一步：,预扩散,或预沉积,温度一般较低（,980,以下）、时间短（小于,60,分钟）。此步扩散为恒定表面源扩散，余误差函数分布；,第二步：,再扩散,或结推进,温度一般较高（,1200,左右,）、时间长（大于,120,分钟），同时生长,SiO,2,。,此步扩散为有限表面源扩散，高斯函数分布。,3.3,扩散工艺,2.,两步扩散工艺,38,第一步：掺入一定总量的杂质，特征是浅结；,第二步：一是形成工艺要求的结深，二是激活杂质，,三是形成后道工序所需的阻挡层氧化硅。,3.3,扩散工艺,采用两步扩散工艺方法的目的及意义：,39,SiO,2,对,Si,表面杂质再分布的影响,硼、磷杂质在,SiO,2,Si,中的分凝效应,在硼、磷杂质的再扩散过程中，总是要生长一定厚度的,SiO,2,，那么氧化硅对硅表面杂质浓度分布会产生什么影响呢？,杂质在,SiO,2,Si,界面发生分凝效应，使杂质在,SiO,2,和,Si,中重新分布，其结果造成在硅中的硼杂质总量比磷杂质总量损失得多，其现象是,SiO,2,吸硼排磷。,3.3,扩散工艺,3.,分凝效应,40,硼、磷杂质在,SiO,2,Si,的分凝效应,3.3,扩散工艺,41,促使杂质在,SiO,2,Si,界面再分布的因素,1),、杂质的分凝效应，杂质在,Si,、,SiO,2,中平衡浓度,不同,2),、杂质在,Si,、,SiO,2,中扩散速度不同,3),、氧化速率的快慢,3.3,扩散工艺,42,杂质源浓度（浓度越高，同样时间内扩散越深）,扩散温度（温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大且空位浓度增大，扩散增强）,扩散时间（时间越长扩散进入硅片的杂质总量越大，结深越深）,扩散介质结构（介质结构越紧密，越不易扩散）,结构缺陷（原子沿缺陷扩散速率快）,杂质材料本身固有特性,3.3,扩散工艺,4.,影响杂质扩散的因素,注：菲克定律,43,3.4,扩散设备,1.,卧式炉,2.,立式炉,与氧化工艺设备基本相同,44,3.5,离子注入,离子注入,是在高真空的复杂系统中，产生电离杂质并形成高能量的离子束，再将其打到硅片靶中进行掺杂的工艺过程。,1.,离子注入的概念,45,离子注入,是继扩散之后的第二种掺杂技术，是现代先进的集成电路制造工艺非常重要的技术。有些特殊的掺杂（如小剂量浅结掺杂、深浓度峰分布掺杂等）扩散是无法实现的，而离子注入却能胜任。,3.5,离子注入,46,1).,精确地控制掺杂深度和掺杂浓度,离子注入层的深度依赖于离子能量，而杂质浓度依赖于离子剂量。可以独立地调整能量和剂量，精确地控制掺杂层的深度和浓度，工艺自由度大。,2).,可以获得任意的杂质浓度分布,由于离子注入的浓度峰在体内，所以基于第,1,点采用多次叠加注入可以获得任意形状的杂质分布，增大了设计的灵活性。,2.,离子注入的优点,3.5,离子注入,47,3).,杂质浓度均匀性、重复性很好,用扫描的方法控制杂质浓度的均匀性，在,10,10,10,17,ions/cm,2,的范围内，均匀性可达,2,，,而扩散的均匀性在,10,，并且,10,13,ions/cm,2,以下的小剂量，扩散无法实现。,4).,掺杂温度低,注入可在,125,以下的温度进行，允许使用不同的注入,阻挡层（如光刻胶、氧化硅），增加了工艺的灵活性。,3.5,离子注入,48,5).,沾污少,质量分离技术产生没有沾污的纯离子束，减少了由于杂质源纯度低带来的沾污，另外低温工艺也减少了掺杂沾污。,6).,无固溶度极限,注入杂质浓度不受硅片固溶度限制。,3.5,离子注入,49,1).,高能杂质离子轰击硅原子将产生晶格损伤,2).,注入设备复杂昂贵,3.5,离子注入,3.,离子注入的缺点,50,3.6,离子注入工艺原理,1),注入剂量,注入剂量,是样品表面单位面积注入的离子总数。单位：离子,/cm,2,。,I,为束流，单位是库仑每秒（安培）,t,为注入时间，单位是秒,q,为电子电荷，等于,1.610,19,库仑,n,为每个离子的电荷数,A,为注入面积，单位为,cm,2,1.,离子注入参数,51,2),注入能量,离子注入的能量用电子电荷与电势差的乘积来表示。单位：千电子伏特,(KEV),。带有一个正电荷的离子在电势差为,100KV,的电场中运动，它的能量为,100KEV,。,3.6,离子注入工艺原理,52,3),射程、投影射程,具有一定能量的离子入射靶中，与靶原子和电子发生一系列碰撞（即受到了核阻止和电子阻止）进行能量的交换，最后损失了全部能量停止在相应的位置，离子由进入到停止所走过的总距离，称为,射程,，,用,R,表示。这一距离在入射方向上的投影称为,投影射程,Rp,。,投影射程也是停止点与靶表面的垂直距离。,3.6,离子注入工艺原理,53,投影射程示意图,第,i,个离子在靶中的射程,Ri,和投影射程,Rpi,3.6,离子注入工艺原理,54,4),平均投影射程,离子束中的各个离子虽然能量相等，但每个离子与靶原子和电子的碰撞次数和损失能量都是随机的，使得能量完全相同的同种离子在靶中的投影射程不等，存在一个统计分布。,离子的平均投影射程,R,P,为,其中,N,为入射离子总数，,R,Pi,为第,i,个离子的投影射程,3.6,离子注入工艺原理,55,5),离子的投影射程的标准偏差,R,P,为,其中,N,为入射离子总数,Rp,为平均投影射程,Rpi,为第,i,个离子的投影射程,3.6,离子注入工艺原理,56,LSS,理论描述了注入离子在无定形靶中的浓度分布为高斯分布：,2.,离子注入浓度分布,3.6,离子注入工艺原理,57,从上式可知，,注入离子的剂量越大，投影射程的标准偏差越小，浓度峰值越高,从浓度分布图看出，,最大浓度位置在样品内的平均投,影射程处,3.,离子注入浓度分布的最大浓度,3.6,离子注入工艺原理,58,4.,离子注入结深,Xj,其中,N,B,为衬底浓度,3.6,离子注入工艺原理,59,R,P,和,R,P,的计算很复杂，有表可以查用,入射能量,（,KEV,）,注入的离子,20,40,60,80,100,120,140,160,180,B,R,P,662,1302,1903,2465,2994,3496,3974,4432,4872,R,P,283,443,556,641,710,766,813,854,890,P,R,P,253,486,730,891,1238,1497,1757,2019,2279,R,P,119,212,298,380,456,528,595,659,719,As,R,P,159,269,374,478,582,686,791,898,1005,R,P,59,99,136,172,207,241,275,308,341,各种离子在,Si,中的,Rp,和,Rp,值,(),3.6,离子注入工艺原理,60,各种离子在,Si,中注入能量对应平均投影射程图,3.6,离子注入工艺原理,61,200keV,能量各种离子注入,Si,中分布,3.6,离子注入工艺原理,62,3.7,离子注入效应,1.,沟道效应,2.,注入损伤,63,1.,沟道效应,当注入离子未与硅原子碰撞减速，而是穿透了晶格间隙时就发生了沟道效应。,沿,晶向的硅晶格视图,3.7,离子注入效应,64,发生沟道效应的杂质分布曲线,3.7,离子注入效应,拖尾现象：最高浓度位置不变，产生尾巴,65,控制沟道效应的方法,1).,倾斜硅片：硅片倾斜是减小沟道效应的常用办法。（,100,）晶向的硅片常用的角度是偏离垂直方向,7,，注 入机在出厂前就把角度调好。,2).,掩蔽氧化层：离子通过氧化层后，方向随机。,3).,硅预非晶化：增加,Si,+,注入，低能量（,1KEV,）浅注入，应用非常有效。,4).,使用质量较大的原子。,5).,加热使硅晶格原子发生振动（温度不能太高）。,3.7,离子注入效应,66,2.,注入损伤,高能杂质离子轰击硅原子将产生晶格损伤。,（,a,）轻离子损伤情况 （,b,）重离子损伤情况,3.7,离子注入效应,67,3.8,离子注入退火,退火工艺目的：,消除晶格损伤，并且使注入的杂质转入替位位置而实现电激活。,注入后退火,68,2.,快速热退火,采用高频加热等方法瞬时内使晶片的某个区域加热到极高的温度，在较短的时间（,10,3,10,2,秒）内完成退火。,优点：,杂质浓度分布基本没变化,1.,高温热退火,通常的退火温度：磷、砷,650,，硼,920,，时间：,30,分钟左右,缺点：,高温会导致杂质的再分布。,3.8,离子注入退火,69,3.9,离子注入的应用,1.,深埋层,2.,倒掺杂阱,3.,穿透阻挡层,4.,阈值电压调整,5.,轻掺杂漏区（,LDD,）,6.,源漏注入,7.,多晶硅栅掺杂,8.,沟槽电容器,9.,超浅结,10.,绝缘体上硅（,SOI,）,在先进的,CMOS IC,制造中，离子注入有以下应用,70,1.,深埋层,高能（大于,200KEV,）离子注入,深埋层的作用：控制,CMOS,的闩锁效应,3.9,离子注入的应用,71,2.,倒掺杂阱,高能量离子注入使阱中较深处杂质浓度较大,倒掺杂阱改进,CMOS,器件的抗闩锁能力,3.9,离子注入的应用,72,闩锁效应,避免闩锁的方法就是要减小衬底和,N,阱的寄生电阻，使寄生的三极管不会处于正偏状态。,P,P,N,N,P,N,闩锁效应是,CMOS,工艺所特有的寄生效应，严重会导致电路的失效，甚至烧毁芯片。闩锁效应是由,NMOS,的有源区、,P,衬底、,N,阱、,PMOS,的有源区构成的,n-p-n-p,结构产生的，当其中一个三极管正偏时，就会构成,正反馈,形成闩锁,。,V,RS1,0.7V,V,RW2,0.7V,73,3.,穿通阻挡层,作用：,防止沟道很短的亚微米器件源漏穿通，保证源漏耐压。,3.9,离子注入的应用,74,4.,调节阈值电压,阈值电压对沟道区的杂质浓度非常敏感。,3.9,离子注入的应用,75,5.,轻掺杂漏（,LDD,）注入,减小源漏穿通；降低沟道电场，防止热载流子的产生（热载流子的影响：阈值电压控制、沟道漏电）；提 高源漏击穿电压。,3.9,离子注入的应用,76,6.,源漏注入,3.9,离子注入的应用,77,7.,多晶硅栅掺杂,节点大于,0.25um,p,沟道,n,沟道器件均使用,n+,掺杂栅；,节点小于,0.25um,，使用双多晶硅栅结构：,p,沟道器,件用,p+,掺杂栅，,n,沟道器件用,n+,掺杂栅。,3.9,离子注入的应用,78,8.,沟槽电容器,3.9,离子注入的应用,n,+,dopant,n,+,p,+,Tilted implant,Trench for,forming capacitor,79,9.,超浅结,超浅结,3.9,离子注入的应用,180 nm,20 gate oxide,54 nm,砷,arsenic implanted layer,Poly gate,80,10.,绝缘体上硅（,SOI,）,在硅中进行高能量氧离子注入，经高温处理后形成,SOI,结构（,s,ilicon,o,n,i,nsulator,）,3.9,离子注入的应用,a)Common CMOS wafer construction,n-well,p-well,Epi layer,Silicon substrate,b)CMOS wafer with SIMOX buried layer,n-well,p-well,Implanted silicon dioxide,Silicon substrate,Silicon substrate,81,SOI,结构,SEM,照片,3.9,离子注入的应用,82,3.10,离子注入设备,离子注入机主要由以下,5,个部分组成,1.,离子源,2.,引出电极（吸极）和离子分析器,3.,加速管,4.,扫描系统,5.,工艺室,83,离子注入系统,3.10,离子注入设备,84,1.,离子源,离子源从气态或固态杂质中产生正离子。（例如,BF,3,、,AsH,3,和,PH,3,等）,电子轰击,气体分子，产生杂质离子。,电子由热钨丝源产生。,前板,狭缝,起弧室,灯丝,电子反射器,气体入口,5 V,电子反射器,Anode+100 V,起弧室,气化喷嘴,电炉,气体导入管,DI,冷却水入口,掺杂剂气体入口,3.10,离子注入设备,85,2.,引出电极（吸极）和离子分析器,吸极用于把离子从离子源室中引出。,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,N,S,N,S,120 V,起弧,吸出组件,离子源,60 kV,吸引,2.5 kV,抑制,源磁铁,5V,灯丝,To PA,+,离子束,参考端,(PA voltage),抑制电极,接地电极,起弧室,3.10,离子注入设备,86,质量分析器磁铁,不同的离子具有不同的质量与电荷（如,BF,3,B,、,B,10,、,B,11,、,BF,2,、,F,2,等），因而在离子分析器磁场中偏转的角度不同，由此可分离出所需的杂质离子。,分析磁体,3.10,离子注入设备,87,3.,加速管,加速管用来加速正离子以获得更高的速度（即动能）。,加速管,3.10,离子注入设备,88,大电流高能离子束,源,原子质量分析磁体,线性加速器,最终能量分析磁体,扫描盘,硅片,高能注入机的线性加速器示意图,线性加速器由一组交替变换的高压电极和接地的四极聚束透镜组成，使离子加速获得高能。,避免使用超高电压,。,3.10,离子注入设备,89,空间电荷中和,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,具有空间电荷中和的离子束剖面,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,离子束膨胀剖面,掺杂离子,二次电子,用二次电子中和正离子的方法缓解离子束膨胀,3.10,离子注入设备,90,4.,扫描系统,聚束离子束通常很小，必须通过扫描覆盖整个硅片。,束斑,中束流的束斑：,1cm,2,大束流的束斑：,3cm,2,扫描方式,1).,固定硅片、移动束斑（中、小束流）,2).,固定束斑、移动硅片（大束流）,3.10,离子注入设备,91,扫描种类,1).,静电扫描,：在一套,X-Y,电极上加特定电压使离子束发生偏转注入到固定的硅片上。属于固定硅片、移动束斑的扫描方式。,2).,机械扫描,：硅片放在轮盘上旋转，并上下移动。属于固定束斑、移动硅片的扫描方式。,3).,混合扫描,：硅片放在轮盘上旋转，沿,Y,方向扫描，离子束沿,X,方向静电扫描。束斑和硅片都动。,4).,平行扫描,：静电扫描,+,磁场控制角度,3.10,离子注入设备,92,1).,静电扫描,：,硅片边缘的均匀性需注意。,+,离子束,Y-,轴,偏移,X-,轴,偏移,Wafer,旋转,倾斜,高频,X-,轴偏移,低频,Y-,轴,偏移,硅片的静电离子束扫描,3.10,离子注入设备,93,静电扫描,：,光刻胶,a),无倾斜的机械扫描,离子束,b),正常倾斜的静电扫描,光刻胶,离子束,优点：颗粒沾污几率低，无电子和中性离子,缺点：注入阴影效应,注入阴影效应,3.10,离子注入设备,94,2,）,机械扫描,：离子束固定，硅片机械移动。一般用于大电流注入机。,扫描外半径,扫描内半径,溢出杯,旋转,离子束,3.10,离子注入设备,95,3,）,平行扫描,：离子束先静电扫描，然后通过一组磁铁，调整它的角度，使其垂直注入硅片表面，从而,减小阴影效应,。,3.10,离子注入设备,96,5.,工艺腔,工艺腔,包括扫描系统、具有真空锁的装卸硅片的终端台、硅片传输系统和计算机控制系统。,硅片冷却,：硅片温升控制在,50,以下，使用气冷和橡胶冷却。,3.10,离子注入设备,97,离子注入机的终端台,3.10,离子注入设备,98,第三章习题,书中第,17,章,：,3,、,12,、,13,、,14,、,15,、,30,、,53,、,55,、,56,99,第三章作业,1.,什么是扩散？什么是离子注入？掺杂的工艺目的是什么？,2.,什么是方块电阻及结深？,3.,列举,4,种常用杂质并说明它们是,N,型还是,P,型。,4.,什么是两步扩散工艺？,5.,与扩散相比离子注入的优点有哪些？,6.,离子注入退火的工艺目的？为什么杂质需要激活？,7.,离子注入的应用有哪些？,100,第三章作业,8.,在,P,型,100,衬底硅片上，进行,As,离子注入，形成,P-N,结二极管。已知衬底掺杂浓度为,110,16,cm,-3,，注入能量：,100KEV,，注入剂量：,5.0E15/cm,2,，试计算砷离子注入分布的最大掺杂浓度,N,max,和注入结深。,101,