离子注入培训资料ppt课件.ppt

离子注入各参数对注入结离子注入各参数对注入结果的影响果的影响§半导体离子注入是半导体芯片IC消费过程中的重要的一个环节，它的各个参数的调整直接影响产质量量和废品率的高低那么终究哪些要素是我们平常任务中该当思索的呢？§束流强度的稳定性和束能的稳定性决议了束流质量的好坏，一个稳定的离子束经过平稳聚焦与扫描在注入时间域里恒定注入衬底，让衬底单位面积获取趋于一致的剂量积分，从而实现注入的均匀性，否那么衬底外表会出现积分偏向而影响均匀性因此，应协调控制一些相关要素，尽量减小离子束的不稳定度来提高注入的均匀性 §1.注入机的真空度§2.吸极与高压系统与其他残存能场§3.衬底外表干净度 §4.聚焦与扫描§5.束流大小的选择§6.退火技术§注入机系统真空度的高低对束流质量的影注入机系统真空度的高低对束流质量的影响相当关键响相当关键§假设真空度过低，就不会引出大束流，直假设真空度过低，就不会引出大束流，直接影响注入的速度接影响注入的速度;真空度底，示波器的聚真空度底，示波器的聚焦就不会很好，同时注入的纯度也达不到焦就不会很好，同时注入的纯度也达不到要求；同时真空度对注入均匀性也会有一要求；同时真空度对注入均匀性也会有一定的影响，由于离子束在加速的途径上会定的影响，由于离子束在加速的途径上会遇到一些杂散的气体分子的阻挠，导致注遇到一些杂散的气体分子的阻挠，导致注入深度不够，而相反的，未经阻挠的离子入深度不够，而相反的，未经阻挠的离子注入的深度比较深，两部分的离子不在硅注入的深度比较深，两部分的离子不在硅片的同一层面上，注入的均匀性就比较差。

片的同一层面上，注入的均匀性就比较差§离子束从离子源到注入靶要阅历5 m长的途径，这对于整个光路系统的真空度提出了较高的要求假设真空度偏低，系统内剩余气体含量偏高，离子束与这些剩余气体分子发生级联碰撞，产生许多低能电子和派生离子，发生能量转移，运动方向杂乱，这不仅对于离子束本身是一种污染，同时因碰撞的随机性，使得束内离子能量出现统计偏向，表现出较高的能散度§另外，派生离子存在有各种荷质比，对于这样的离子束在随后的聚焦扫描波形上会产生许多尘峰信号，严重时会使聚焦变得困难，这将直接影响注入时的均匀性特别是低能电子会中和离子束，降低离子束的离子产额，从而影响束流的稳定性低能电子单位时间的产生额满足如下关系式：§式中，P为真空度，σ为碰撞有效截面，Z为离子束传输间隔，L为Loschmit常数，IB为束流值，q为离子的电荷量由上式可知dNe/dt与真空度成正比关系，所以适宜的真空度是必需思索的，普通要求系统各段静态真空度优于6×10-4 Pa，这样剩余气体分子对束能的稳定性影响就可忽略§压力补偿压力补偿K因子因子§K因子间接影响着注入结果因子间接影响着注入结果,通常表现为通常表现为Rs达不到要求的结果达不到要求的结果.§K值存在的话注入后的值存在的话注入后的Rs要比未设置要比未设置K值的值的要大要大.§另外我们应该特别关注离子源这一部分的真空，假设真空度低会呵斥束流在吸极频繁打火,详细表现为束流不稳定,波形时有时无,而且有能够在波峰产生“尘峰〞，这样会直接影响束流的质量。

§衬底外表干净度对束能的间接影响衬底外表干净度对束能的间接影响§假设由于其他工序或者环境的缘由，衬底假设由于其他工序或者环境的缘由，衬底外表有尘埃和固体颗粒物，它会成为离子外表有尘埃和固体颗粒物，它会成为离子束的散射中心而降低注入离子的有效注入束的散射中心而降低注入离子的有效注入能量，产生部分横向分散效应，使得注入能量，产生部分横向分散效应，使得注入均匀性变坏，这就要求注入前必需对衬底均匀性变坏，这就要求注入前必需对衬底外表进展净化处置外表进展净化处置§在注入开场前预检查过程中当发现在注入开场前预检查过程中当发现WAFER上有附着颗粒是应及时通知工艺人员上有附着颗粒是应及时通知工艺人员§吸极与高压系统与其他残存能场吸极与高压系统与其他残存能场§1.离子源的任务形状离子源的任务形状§2.加速电压的稳定性加速电压的稳定性§3.硅片外表电荷积累构成的残存电场硅片外表电荷积累构成的残存电场§注入机运用的是热阴极离子源，灯丝电流最高可达150 A，源内温度相当高，由于过热，灯丝阻值会渐渐变大；因灯丝(钽)与灯丝座(铜)的热胀系数不同，紧固螺钉时有松动，接触电阻添加，这些都会损失灯丝电流，使灯丝发射电子的才干减弱，气体电离效率降低，这是弧流不稳定的缘由之一。

随着离子源任务时间的延伸，电离室内壁和引出孔长期蒙受等离子体溅射，内壁常有异物淀积；灯丝绝缘子外表有污斑或者金属化；引出孔孔径因离子轰击而渐渐变大，这些缘由能够使阳极与阴极间电场畸变，也能够使阳极与灯丝发生瞬时短路，呵斥弧压不稳，启弧延续特别是引出孔径的变大，让启弧放电变得相当困难，添加源气流量又会缩短离子源的寿命这是弧流不稳定的缘由之二§由于离子源外罩要经受25 kV高压，外表不应有锋利点和凸出部分，以防止尖端放电，否那么引出束流会呈现非稳定性同样的缘由，初聚电极外表应确保光滑防止粗糙此外，离子源进气量(BF3或PH3)应该稳定控制，使源内动态真空度符合正常任务时的要求，源磁场电流应仔细调理，以保证源气达最正确电离形状；冷却系统必需畅通无阻，让高温部分充分冷却 §加速电压的稳定性加速电压的稳定性§离子注入机运用的是高压静电场加速法，两极间离子注入机运用的是高压静电场加速法，两极间是加速管，中间接插有精细兆欧电阻，由于振动是加速管，中间接插有精细兆欧电阻，由于振动等缘由，电阻常出现松动或零落景象，这会导致等缘由，电阻常出现松动或零落景象，这会导致静电场径向不均匀，突破了原有的平衡，导致电静电场径向不均匀，突破了原有的平衡，导致电场集中而发生场集中而发生“电晕〞放电，这使得高压出现瞬电晕〞放电，这使得高压出现瞬时不稳定而影响束流的稳定。

另外因环境条件的时不稳定而影响束流的稳定另外因环境条件的限制，静电吸附效应场区有尘埃吸附，严重时发限制，静电吸附效应场区有尘埃吸附，严重时发生高压打火，同样会使束流不稳定这就要求留生高压打火，同样会使束流不稳定这就要求留意实时检查，保证场区的清洁卫生，让设备所处意实时检查，保证场区的清洁卫生，让设备所处环境坚持温度约为环境坚持温度约为25 ℃℃，湿度不大于，湿度不大于50%，以防，以防止高压不稳定景象发生止高压不稳定景象发生§硅片外表电荷积累构成的残存电场硅片外表电荷积累构成的残存电场§束流的成份中正离子占了绝大部分束流的成份中正离子占了绝大部分, 由于正离子由于正离子大量地注入到硅片上就累积了很高的电势大量地注入到硅片上就累积了很高的电势,这会这会对硅片呵斥很坏的影响对硅片呵斥很坏的影响,它将击穿硅片内的电路它将击穿硅片内的电路而使之成为废品而使之成为废品.§另一方面另一方面,由于正离子间的相互作用而发生了所由于正离子间的相互作用而发生了所谓谓“束流膨胀〞束流膨胀〞,这对设备和注入工艺也都会带这对设备和注入工艺也都会带来不好的影响来不好的影响.§为了控制这种情况的发生为了控制这种情况的发生,我们在束流的未端设我们在束流的未端设置了电子淋浴器置了电子淋浴器,它会产生一定数量的电子进入它会产生一定数量的电子进入到束流中到束流中,使束流对外呈中性使束流对外呈中性,这样一方面它消除这样一方面它消除了硅片正电势的累积了硅片正电势的累积,另一方面起到聚拢正离子另一方面起到聚拢正离子的作用的作用. §离子束聚焦离子束聚焦在离子源任务形状正常的情况下，从加速管出来在离子源任务形状正常的情况下，从加速管出来的高能束是发散的，离子束流密度不均匀，需求的高能束是发散的，离子束流密度不均匀，需求对束进展聚焦合轴处置，为随后的扫描提供细小对束进展聚焦合轴处置，为随后的扫描提供细小的优质束斑，扫描面内的束流信号才干对称一致，的优质束斑，扫描面内的束流信号才干对称一致，注入才干均匀化。

如发散的离子束撞击真空管壁，注入才干均匀化如发散的离子束撞击真空管壁，将产生二次电子并污染原离子束，中和离子电荷，将产生二次电子并污染原离子束，中和离子电荷，降低束流强度，导致束流不稳定因此，应仔细降低束流强度，导致束流不稳定因此，应仔细调理各聚焦旋钮，让中心法拉第测得的束流强度调理各聚焦旋钮，让中心法拉第测得的束流强度(Ic)最大，使它与主法拉第测得的束流强度最大，使它与主法拉第测得的束流强度(Im)之比之比(Ic/Im)大于大于3，这是聚焦能否胜利的判据这是聚焦能否胜利的判据§离子束扫描离子束扫描 机械扫描和静电扫描机械扫描和静电扫描§机械扫描指的是：束流不动，机械扫描指的是：束流不动，wafer挪动§静电扫描指的是：静电扫描指的是：wafer不动，束流挪动不动，束流挪动§后者注入结果均匀性通常要比前者差后者注入结果均匀性通常要比前者差§以以350D为例：扫描波形是经过扫描监视器为例：扫描波形是经过扫描监视器来显示的，来显示的，Y轴为主法拉第信号，轴为主法拉第信号，X轴为程轴为程度度x方向或垂直方向或垂直y方向的扫描电压信号，规方向的扫描电压信号，规范扫描波形如以下图所示范扫描波形如以下图所示。

 束流与x或y方向扫描电压的关系曲线§a为过扫描线，左右或上下是对称平衡的；b阐明扫描面的边境束流是下降的；c阐明扫描面内束流是平滑一致的；d所示凹处显示的是中心法拉第信号，凹处越深聚焦越好，当衬底片被装上后，凹处会自然消逝，这时情况如点线所示这一波形通知我们，扫描面积一定要大于注入面积，即所谓过扫描注入，衬底置于c+d+c区域，有利于注入均匀性的改善对于5英寸基片，扫描面积预置数应大于 cm2假设扫描图形比起规范波形有所偏离，那么应反复调理聚焦旋钮和扫描幅度，一致化以后方可注入§束流大小的选择　束流大小的选择　§离子束入射到绝缘资料如离子束入射到绝缘资料如SiO2及光刻胶的及光刻胶的晶片上，就会在这些绝缘资料外表构成电晶片上，就会在这些绝缘资料外表构成电荷积累层，这种景象叫做晶片电荷积累荷积累层，这种景象叫做晶片电荷积累在大束流注入中，晶片电荷积累是很严重在大束流注入中，晶片电荷积累是很严重的，它将影响束斑的大小，从而影响注入的，它将影响束斑的大小，从而影响注入的均匀性的均匀性§假设束流偏大，注入时间不大于10 s就会影响1%或更多的注入均匀性为此，对于中低剂量的注入，束流值的大小不得不加以限定，假设注入束流过小，就会降低设备的运用效率。

综合思索，在实践注入中，选取束流的原那么是使注入时间不低于20 s§　T与I，S满足以下关系§T.I=S.D×1.6×10-23§式中，S为扫描面积(cm2)，D为剂量(cm-2)，T为注入时间(s)，I为束流值(μA)由T的大小，根据上式就可计算出I的大小，最后调理狭缝宽度，使束流满足计算值§在注入组中，我们求解出束流大小大致为：§ §退火技术退火技术§目的：消除注入损伤，并使注入的杂质原目的：消除注入损伤，并使注入的杂质原子进入替位位置而实现电激活子进入替位位置而实现电激活§机理：使移位原子和注入的杂质原子在高机理：使移位原子和注入的杂质原子在高温下获得较高的迁移率而在晶体中运动，温下获得较高的迁移率而在晶体中运动，从间隙位置挪动到替位位置从间隙位置挪动到替位位置 终了语 上述几种主要控制手段之间相互协调配合，经过多次均匀性实验，证明该工艺控制方法对于保证注入均匀性是行之有效的，特别对中低剂量注入，它能使注入均匀性得到较大程度的改善，其结果优于1%，注入质量根天性满足器件设计人员的要求需求指出的是这种控制方法对改善注入反复性也很有协助。