离子注入机结构构造
离子注入机结构构造
源材料：选择广泛，可以是任何一种能电离
的单质或化合物，优先选用气态源，如砷 烷，磷烷等。
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学习情景二
（2）质量分析器 从离子源出来的离子束一般包含有几种离 子，而需要注入的仅仅是其中一种，因此 需要通过分析器将所需要的离子准确地筛 选出来。
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分析器以磁分析器居多，在分析器中常用 0 0
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加速管
电极
+100 kV+80 kV +60 kV +40 kV +20 kV 0 kV
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粒子束
粒子束
来自分 析磁体
至工艺腔
+100 kV
100 MW 100 MW 100 MW 100 MW 100 MW
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加速方式：
先加速，后分析 前后加速，中间分析 其中以第二种方式较为常用。
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单元五： 掺杂
子任务2： 离子注入造
离子注入机是实现注入掺杂的关键设备，
不象扩散技术，每种杂质都必需单独配备 一套扩散系统，而一台注入机可进行多种 不同离子的注入； 扩散一次可同时对几十乃至几百个硅晶片 进行掺杂，而离子注入是一个一个逐点扫 描注入的。
60 或90 扇形磁铁；
原理
基于运动电荷在磁场中所受到的洛仑兹力
使粒子运动轨迹发生弯曲的动力学理论， 当粒子垂直于磁场方向进入两块扇形磁极 所形成的磁场中，可求出运动轨迹弯曲的 曲率半径为：
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根据上式，可见，在一定的磁场和引入电
压下，把出口狭缝放在适当位置，只有质 荷比（M/j）符合上述式子的离子才能通过， 而其它离子则无法通过，从而达到分选离 子的目的。 (3)加速器 离子能量在离子注入中是一个主要参量。 离子束是通过一个具有分段加速势的长管 道来获得所需要的能量的。
注入机原理
离子注入技术一、 概述：离子注入工艺在现代半导体工艺中已是比较成熟的工艺。
在超高速、微波、和中大规模集成电路制备中，器件的结深，基区的宽度，都小到只有零点几微米，杂质浓度分布也有更高的要求（有的甚至要求杂质浓度很淡），这靠普通的扩散工艺是难以达到的。
而离子注入工艺恰好能弥补扩散工艺的不足，制造出理想的PN结来。
对于咱们公司来说，生产的是分立元件，要求的磷结和硼结比较深，一般至少在几个微米以上，甚至达到二十几个微米，而离子注入的结深一般在0—1微米之间，这样用离子注入是实现不了的，因此，咱们八车间的离子注入主要是用于预扩散。
相当于给硅片一个杂质表面浓度，然后再经过高温扩散工艺进行推结，达到预定深度的掺杂，形成所需要的PN结。
二、 离子注入概念离子注入用在半导体工艺中就是对半导体表面进行掺杂。
它是是利用高能量粒子轰击杂质原子或分子,使被掺杂的元素原子或分子电离, 通过加速后，将离子直接打进半导体内部去，形成PN结。
如果把离子注入机比作步枪，把被注入元素的离子比作子弹，那么，离子注入就好象用步枪打靶子一样，将离子强迫打进硅片中去，即实现了离子注入。
三、 离子注入的特点离子注入实际上是扩散工艺的一个替换方法，它和扩散掺杂相比有如下特点：1、优点：a)晶片表面良好的均匀性：离子注入是通过扫描将杂质离子打进硅片中去，因此，可获得大面积均匀掺杂，而采用热扩散法，温度和气流互相作用总是存在的，因此产生晶片表面不良的均匀性。
b)晶片间良好的重复性：一旦注入机相应的能量和剂量被设定，则所有晶片上的注入深度和浓度都应该是精确的。
而使用扩散炉方法，由于受温度气流及环境气氛的影响，每一舟或每一片的情况都将有所不同。
同时在时间上也存在不同，不易控制。
c)离子注入没有横向扩散，即使是有也是很小很小。
而扩散法有横向扩散。
d)掺杂的杂质纯度高：离子注入掺杂的杂质纯度高，它是高真空下，通过质量分析器（磁场）进行分析选取单一杂质离子的，并且是在低温下注入，不受沾污，结受沾污的可能性很小，从而保证了掺杂的纯度。
半导体设备之离子注入机行业研究
半导体设备之离子注入机行业研究一、离子注入是可实现数量及质量可控的掺杂离子注入是最重要的掺杂方法掺杂改变晶圆片的电学性能。
由于本征硅（即不含杂质的硅单晶）的导电性能很差，只有当硅中加入适量杂质使其结构和电学性能发生改变后才起到半导体的功能，这个过程被称为掺杂。
硅掺杂是制备半导体器件中P-N结的基础，是指将所需杂质原子掺入特定的半导体区域以对衬底基片进行局部掺杂，改变半导体的电学性质，现已被广泛应用于芯片制造的全过程。
芯片制造中热扩散和离子注入均可以向硅片中引入杂质元素，具体区别如下：热扩散：利用高温驱动杂质穿过硅的晶格结构，掺杂效果受时间和温度的影响。
离子注入：将高压离子轰击把杂质引入硅片，杂质与硅片发生原子级高能碰撞后才能被注入。
离子注入环节，注入的离子包括：B，P、As、Sb，C，Si、Ge，O，N，H离子等等。
精确可控性使得离子注入技术成为最重要的掺杂方法。
随着芯片特征尺寸的不断减小和集成度增加，各种器件也在不断缩小，由于晶体管性能受掺杂剖面的影响越来越大，离子注入作为唯一能够精确控制掺杂的手段，且能够重复控制掺杂的浓度和深度，使得现代晶圆片制造中几乎所有掺杂工艺都从热扩散转而使用离子注入来实现。
离子注入可准确控制掺杂杂质的数量及深度离子注入属于物理过程，通过入射离子的能量损耗机制达成靶材内的驻留。
与热扩散的利用浓度差而形成的晶格扩散不同，离子注入通过入射离子与靶材（被掺杂材料）的原子核和电子持续发生碰撞，损耗其能量并经过一段曲折路径的运动，使入射离子因动能耗尽而停止在靶材某一深度。
为了精确控制注入深度，避免沟道效应(直穿晶格而未与原子核或电子发生碰撞)，需要使靶材的晶轴方向与入射方向形成一定角度。
离子注入主要利用两个能量损耗机制：电子阻碍：杂质原子与靶材电子发生反应，产生能量损耗。
核阻碍：杂质原子与靶材原子发生碰撞，造成靶材原子的移位。
剂量、射程、注入角度是离子注入技术的三个重要参数。
离子注入向硅衬底中引入数量可控的杂质过程，需要离子注入设备通过控制束流和能量来实现掺杂杂质的数量及深度的准确控制。
低能强流离子注入机实验装置简介
低能强流离子注入机实验装置简介3.1仪器的整体结构：图3.1 仪器实物图该图为本论文所使用的仪器的整体实物图，如下图示意图所示，该仪器从头到尾依次为离子源，引出系统，聚焦透镜，速度选择器，聚焦透镜，X-Y 偏转系统，聚焦透镜，波恩管，靶室。
下文依次介绍各个部件图3.2 仪器示意图3.2离子源及引出系统图3.3 离子源实物图离子源是加速器的重要部件，它的功能是将样品物质电离成带电的原子离子或分子离子。
离子源应具有电离效率高，聚焦性能好，离子初始能量发散小，传输效率高，离子流稳定等特点。
图3.4 离子源及引出剖面示意图如图所示，离子源内部为真空环境，其内部带有环状灯丝。
由样品入口将气体导入，通过加大灯丝电流，由灯丝阴极发射出电子。
从阴极发射的电子通过中空的阳极被加速，到达对阴极之前又被减速并反向加速，电子在阴极-阳极-对阴极之间来回振荡，在轴向磁场的作用下作螺旋进动，并在空间上被磁场约束在轴线附近，不致扩散阳极边缘，从而使电子可以经历很长的路程，使气体碰撞游离的几率大大增加。
当电子通过电离盒射向阳极时，具有一定能量和几何形状的电子束不断轰击样品气体，可使通入的气体发生电离，产生包括正离子在内的各种产物，正离子被引出极引出离子源。
大部分样品气体和电子，离子产物被离子源的真空泵不断抽走。
离子源四周带有环形磁场，灯丝与源磁铁之间为绝缘状态。
环形磁场可以约束内部离子沿螺旋轨迹前进，增加样品气体与电子束的碰撞机会，提高电离几率，进而提高离子产生率。
当样品气体在离子源内被大量电离时，由于引出极与灯丝间有150V的起弧电压差，在电场作用下，大量正离子被引出，同时赋予离子一定的初速度。
由于引出口的大小问题，在正离子被导出引出极时，会有大量离子打在引出板上，产生起弧电流。
3.3电聚焦图3.5 电聚焦实物图图3.6 电聚焦剖面示意图如图所示，被引出极引出的大量正离子，在出引出极时其方向为向四周发散。
在进入电聚焦后，在通有高压的两块电聚焦板所产生的电场作用下，原本大量发散的正离子在电聚焦板之间先扩散开再向中间被汇聚成一束正离子束，再将其从电聚焦孔中引出。
注入机的组成和工作原理学习
注入机的组成和工作原理作者：储建伟摘要（Abstract）本文的目的主要是对过去所学的总结、整理, 相信对新的设备工程师也有一定的帮助。
由于我对注入设备了解不够，本文还缺乏一定的实践，必然还存在不少缺点和错误，殷切期望各位同事和领导能给予批评和指正。
引言（Introduction）离子注入机是一个体积庞大且构造复杂的半导体工艺设备，依照注入机所能提供的杂质离子的浓度来区分，现在批量生产的注入机，主要分为高电流及中电流两种型式，分别代表电流约在10mA及1mA左右的离子束。
本文主要涉及设备方面。
主要内容整个离子注入机最主要的部分有：（1）用以产生离子的离子源；（2）用以分离主要杂质离子的质量分析器；（3）用以加速注入离子的加速器；（4）聚集离子束的聚集器；（5）帮助离子束对整片晶片进行注入的扫瞄器；（6）线性加速器；（7）能量分析器等其他一些附属的气体供应设备、真空系统和晶片的装卸系统等。
图1显示一个离子注入机内各个主要系统的相对位置。
接下来，将针对其中比较重要的部分，参照图解，来说明他们的功能与在注入机内的用途。
图1 离子注入机的主要结构（Varian）下面介绍这几个主要的部分：一、离子源离子源是用来产生离子的装置，它的基本原理是利用等离子体，在适当的低压下，把气体分子借电子的碰撞而离子化的。
简单的说，就是利用等离子体产生注入机所需要的杂质离子。
基本上，离子源的结构是有蒸发器、弧光反应室、及磁铁等组合而成的。
当使用的杂质是固态的物体时，可以使用蒸发器来增加固态杂质的饱和蒸汽压，以便使离子源易于产生所需要的离子。
起弧室内有灯丝,阴极,反射板.灯丝被加热后就会发射电子,由于起弧室内存有一定浓度的气体粒子灯丝发射的电子就会撞击这些粒子,使粒子外层的电子脱离原来的运行轨道成为自由电子而粒子则变成带正电的离子.这就是电离的简单过程.离子源的弧光反应室的设计，主要有图2所示的Freeman式及Bernas式两种。
西电集成电路制造技术第四章-离子注入ppt课件.ppt
概述
目的：掺杂（1954年，Shockley 提出）；
应用：COMS工艺的阱，源、漏，调整VT的 沟道掺杂，防止寄生沟道的沟道隔断， 特别是浅结。
定义:将带电的、且具有能量的粒子入射到衬 底中的过程。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
离子注入设备
Байду номын сангаас4.偏束板 作用：使中性原子束因直线前进不能达到靶室。 原理：用一静电偏转板使离子束偏转5º--8º作用再进
入靶室。 5.扫描器 作用：使离子在整个靶片上均匀注入。 方式：①靶片静止，离子束在X,Y方向作电扫描。②
按离子束电流强度区分，可分为小束流机 （1~100 μA以下）、中束流机（100μA~1mA） 和强束流机(1mA以上)
若按使用不同对象区分，又可分为半导体用离子 注入机和金属用离子注入机。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
粒子束在Y方向作电扫描，靶片在X方向作机械运动。 ③粒子束静止，靶片在X,Y方向作机械运动。 6.靶室（工作室）：高温靶（800℃），低温靶（液氮 温度），冷却靶（小于120 ℃）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
离子注入机简介-PPT文档资料
6200
NV10160 NV10180 NV10160SD
FILAMENT ANALYZER ARC ACCELERATION VAPORIZER FLAG FARADAY SOURCE MAGNET SUPPRESSION EXTRACTION (HV)
DISK FARADAY
4
★ 离子注入的原理
离子注入机简介
1
★
离子注入机的种类 中束流 μA 大束流 mA
350D NV6200A NV10-80 NV10-160 NV10-160SD NV10-180
2
★6200、NV10160、10180、10160SD简介 离子注入机按照真空系统分为三个部分 SOURCE
BEAM LINE
END STATION
共同作用下做螺旋状运动与工艺气体碰撞后，工
艺气体发生电离产生离子。
6
★ 质量分析器
洛仑磁力： F=qvB R=mv/qB
带电粒子进入磁场受到力的作用后发生偏转。
11B+、 31P+、 40Ar+、 75As+、 121Sb+
350D：先分析后加速。 NV1080：先加速后分析。
7
★ Q-LENS 静电四极透镜
3
各部分包括的控制器
SOURCE
FILAMENT ARC EXTRACTION ACCEL / DECEL SUPPRESSION
BEAM LINE
ANALYZER SUPPRESSION ACCELERATION Q-LENS X 、Y SCAN
END STATION
FARADAY SYSTEM END STATION CONTROL
离子注入工艺培训资料
注入工艺的基本原理 所谓离子注入就是先使待掺杂的原子(或分子)电离成离子, 再加速到一定的能量,使之注入到晶体中,然后经过退火使杂质激 活,达到掺杂的目的 。
注入工艺的基本原理 离子注入及退火过程示意。
注入工艺的基本原理
注入Si中et set too high
SOURCE MAGNET 设置太高。
形成束流
在ARC CHAMBER内产生的离子，在吸极的作用下形成离子束，
也就是我们通常所说的束流.
抑制极作用
Supply-1和Supply-2的作用； 在束流有点偏的情况下通用电 场力使束流通过吸极缝，达到最 大的利用束流，减少束流的损耗 同时抑制极还能抑制产生的二次 电子，防止二次电子对离子源的 损坏。
DOSE COUNT
剂量控制示意图。
靶室及终端台
作用： 1. 注入扫描
2. 注入角度设定
3. 圆片的装载与卸载
圆片的装载与卸载 批作业方式终端示意图。
8250注入示意图 单片作业方式终端示意图。
过聚焦成为离子束,然后进入束线部分.
简单的说离子源就是产生有能量的离子束的地方.
Source magnet set too low 在离子源上下各有一个磁场，主要是利用罗伦磁力的作用，使的 产生的电子走弧线，这样可以更多机会进行碰撞或得更高的电离 率，但设置太低或太高都不利于电离率的提高。
SOURCE MAGNET 设置太低。
注入工艺的基本原理 通过离子注入及其他工序作业后最终形成的MOS管及其他器件。
注入机的基本组成
注入机本体可分为三大部分:
1. 离子源；
2. 束线部分；
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60 或90 扇形磁铁；
原理
基于运动电荷在磁场中所受到的洛仑兹力
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根据上式，可见，在一定的磁场和引入电
压下，把出口狭缝放在适当位置，只有质 荷比（M/j）符合上述式子的离子才能通过， 而其它离子则无法通过，从而达到分选离 子的目的。 (3)加速器 离子能量在离子注入中是一个主要参量。 离子束是通过一个具有分段加速势的长管 道来获得所需要的能量的。
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离子注入机示意图
离子源 等离子体
吸出组件
学习情景二
分析磁体 粒子束
加速管
工艺腔 扫描盘
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（1）离子源
产生注入用离子的设备 原理：利用电子放电使气态离子源材料电离，
产生离子浓度很高的等离子体，然后用一 负偏压（吸极）将正离子从等离子体中吸 出来成为一束离子流。
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（4）偏束器
学习情景二
原因：
由于系统中还有还有未排除的空气原子，
离子在管道中高速运动时，就有可能和空 气原子发生碰撞，从而发生电荷交换，离 子将电荷传递给空气原子，而呈电中性， 中性的离子对于掺杂是没有作用的，必须 将其去除。通过偏束器即可实现这一点。
原理：
用一静电极板使加速后的离子偏转一小角 0
度（约为5 ）后再进入靶室，中性束因不受 电场影响仍沿原方向直线前进而截留。
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（5）扫描器 离子束流截面积较小，约在“平方毫米” 数量级，且中间密度大，周围密度小，这 样的离子束流根本无法使用，扫描就是使 离子在整个靶片上均匀注入而采用的一种 措施。
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的单质或化合物，优先选用气态源，如砷 烷，磷烷等。
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（2）质量分析器 从离子源出来的离子束一般包含有几种离 子，而需要注入的仅仅是其中一种，因此 需要通过分析器将所需要的离子准确地筛 选出来。
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单元五： 掺杂
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不象扩散技术，每种杂质都必需单独配备 一套扩散系统，而一台注入机可进行多种 不同离子的注入； 扩散一次可同时对几十乃至几百个硅晶片 进行掺杂，而离子注入是一个一个逐点扫 描注入的。
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电极
+100 kV+80 kV +60 kV +40 kV +20 kV 0 kV
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粒子束
粒子束
来自分 析磁体
至工艺腔
+100 kV
100 MW 100 MW 100 MW 100 MW 100 MW
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加速方式：
先加速，后分析 前后加速，中间分析 其中以第二种方式较为常用。
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扫描方式：
靶片静止，离子束在X、Y两方向上作电扫
描； 离子束在Y方向上作电扫描，靶在X、Y方 向上作机械运动； 离子束不扫描，完全由靶片的机械运动实 现全机械扫描； 以前两种扫描方式较为普遍；
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学习情景二
（6）工作室 室内有安装靶片的样品架，样品架上备有 对靶片进行加热或冷却的装置； 并与电荷积分仪相连以检测注入剂量，必 要时样品架还可以做相应的运动。 另外，注入机还备有真空排气系统和电子 控制装置。为减少中性束离子，系统真空 度一般为1×10-4Pa。