半導體制造設備系列(5)-離子注入機

為改變半導體載流子濃度和導電類型需要對半導體表面附近區域進行摻雜。摻雜通常有兩種方法：一是高溫熱擴散法，即將摻雜氣體導入放有硅片的高溫爐，將雜質擴散到硅片內的一種方法；二是離子注入法，通過離子注入機的加速和引導，將要摻雜的離子以離子束形式入射到材料中去。離子注入機是集成電路前道工序中的關鍵設備。

一、離子注入機的工作原理：

離子注入機主要由五部分組成：離子源、磁分析器、加速管或減速管、聚焦和掃描系統、工藝腔(靶室和后臺處理系統)。各部分功能如下：

1、離子源：用來產生離子的裝置。原理是通過鎢燈絲、射頻或和微波等技術制備要摻雜的離子對摻雜源進行離子化，再經吸極吸出，由初聚焦系統聚成離子束， 射向磁分析器； 

2、磁分析器：利用不同荷質比的離子在磁場下運動軌跡的不同將離子分離，選出所需的摻雜離子，被選離子束通過可變狹縫，進入加速管或減速管； 

3、加速管或減速管：從分析器出來的離子束，經過加速或減速打到硅片內部去，離子經過加速或減速電極后，在靜電場作用下獲得所需能量；

4、聚焦和掃描系統：離子束離開加速管后進入控制區，先由靜電聚焦透鏡使其聚焦進入偏轉系統，束流被偏轉注到靶上； 

5、工藝腔：包括真空排氣系統、裝卸硅片的終端臺、硅片傳輸系統和計算機控制系統。    

圖1. 離子注入機結構

相比熱擴散工藝，離子注入具有以下優勢：第一是可以比較精確的控制離子劑量；第二是通過能量選擇，可精確控制摻雜數量，同一平面內的摻雜離子均勻度可保證在±1%，可以控制摻雜離子的分布剖面，實現摻雜離子的均勻性；第三是可以使側向擴散最小化；第四是可以透過表面層摻雜。第五離子注入可以在較低溫度進行，像氮化硅、光刻膠等都可以用來作為選擇摻雜的掩蔽膜，對器件制造中的自對準掩蔽技術給予更大的靈活性。

離子注入的缺點是設備昂貴且復雜，而且由于離子碰撞，對晶圓表面的損傷也不可避免。比如高能摻雜離子轟擊晶圓表面時容易對晶格結構產生損傷，會產生諸如晶格損傷、空位間隙等缺陷，因此通常在離子注入后會通過退火工藝來消除這些缺陷。另一大缺點是，因為離子注入后摻雜離子會與硅原子發生碰撞而損失能量，能量耗盡后離子會停留在晶圓中的某一位置，因此若想實現更大的離子射程，必須要增加入射離子能量。但在離子能量一定情況下，離子注入是無法實現很深的離子注入分布，因此制作深結節比較困難。

二、離子注入機的分類：

根據離子束電流和束流能量范圍的不同， 通常可以把離子注入機分為低能大束流離子注入機、中低束離子注入機和高能離子注入機。不同類型的離子注入機在工藝中的主要應用各有不同。

表1. 離子注入機分類

以上是關于半導體制造設備系列(5)-離子注入機的相關內容介紹了，希望能對您有所幫助！

想要了解關于芯片半導體清洗的相關內容，請訪問我們的“半導體封裝清洗”專題了解相關產品與應用 ！

合明科技是一家電子水基清洗劑 環保清洗劑生產廠家,其產品覆蓋半導體清洗 芯片清洗等電子加工過程整個領域。歡迎使用合明科技水基清洗劑產品！