1、課題序號2授課班級075電子1、2授課課時8授課形式講授授課章節(jié)名稱主題9：摻雜使用教具多媒體教學(xué)目的1、掌握常見摻雜方式：擴散、離子注入2、掌握離子注入工藝3、了解離子注入的應(yīng)用4、了解摻雜質(zhì)量控制教學(xué)重點離子注入工藝教學(xué)難點摻雜質(zhì)量控制更新、補充、刪節(jié)內(nèi)容課外作業(yè)教學(xué)后記授課主要內(nèi)容或板書設(shè)計9.1概述9.2擴散9.3離子注入9.4離子注入機9.5離子注入工藝9.6離子注入的應(yīng)用9.7摻雜質(zhì)量控制課 堂 教 學(xué) 安 排教學(xué)過程主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容 及 步 驟導(dǎo)入新授在前面已經(jīng)介紹了在半導(dǎo)體中哪怕引入一點點雜質(zhì)也會大大改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。本章就要介紹給半導(dǎo)體引入指定雜質(zhì)的工藝過程，也就是摻

2、雜。摻雜的目的就是改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型，形成N型層或P型層，以形成PN結(jié)和各種半導(dǎo)體器件，從而形成半導(dǎo)體集成電路；或改變材料的電導(dǎo)率。經(jīng)過摻雜，雜質(zhì)原子將要代替原材料中的部分原子，材料的導(dǎo)電類型決定于雜質(zhì)的化合價，如硅中摻入五價的磷（施主雜質(zhì)）將成為N型半導(dǎo)體，摻入三價的硼（受主雜質(zhì)）將成為P型半導(dǎo)體。9.1.2摻雜的兩種方法 摻雜的方法有兩種：熱擴散和離子注入。熱擴散法是最早使用也是最簡單的摻雜工藝，熱擴散是利用高溫驅(qū)動雜質(zhì)進入半導(dǎo)體的晶格中，并使雜質(zhì)在半導(dǎo)體襯底中擴散。這種方法對溫度和時間的依賴性很強。于20世紀50年代開始研究，20世紀70年代進入工業(yè)應(yīng)用階段，隨著VLSI超精細加工技術(shù)

3、的發(fā)展，現(xiàn)已成為各種半導(dǎo)體摻雜和注入隔離的主流技術(shù)。離子注入是通過把雜質(zhì)離子變成高能離子來轟擊襯底，從而把雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底中的摻雜方法。9.1.3摻雜工藝流程 半導(dǎo)體制造中的污染無時無刻不在，所以摻雜之前要對襯底進行清洗等前處理。大部分的摻雜是在半導(dǎo)體襯底中指定的區(qū)域摻雜選擇性摻雜，也就是有些區(qū)域需要摻雜，其他區(qū)域不摻雜。怎樣實現(xiàn)選擇性摻雜呢？那就是在摻雜之前在半導(dǎo)體襯底表面生長一層掩蔽膜（這層掩蔽膜具有阻擋雜質(zhì)向半導(dǎo)體襯底中擴散的能力），然后對掩蔽膜進行光刻和刻蝕，去掉襯底上面待摻雜區(qū)域的掩蔽膜，不摻雜區(qū)域的掩蔽膜要保留下來，得到選擇擴散窗口。然后放入高溫擴散爐中進行摻雜，則在窗口區(qū)就可

4、以向半導(dǎo)體襯底中擴散雜質(zhì)，其他區(qū)域被掩蔽膜屏蔽，沒有雜質(zhì)進入，實現(xiàn)對半導(dǎo)體襯底中的選擇性擴散。摻雜完成后要進行檢測。圖是在N型襯底中摻入受主雜質(zhì)形成P型摻雜區(qū)的流程圖。摻雜工藝流程9.2.1擴散原理擴散是物質(zhì)的一個基本性質(zhì)，原子、分子和離子都會從高濃度向低濃度處進行擴散運動。一種物質(zhì)向另一種物質(zhì)發(fā)生擴散運動需滿足兩個基本條件：第一有濃度差；第二提供足夠的能量使物質(zhì)進行擴散。在半導(dǎo)體制造中，利用高溫熱能使雜質(zhì)擴散到半導(dǎo)體襯底中。1.擴散機制雜質(zhì)在硅晶體中的擴散機構(gòu)2.擴散系數(shù)3.雜質(zhì)濃度分布擴散示意圖雜質(zhì)濃度分布4.結(jié)深5.掩蔽膜6.固溶度9.2.2擴散工藝步驟9.2前面已經(jīng)介紹了擴散工藝流程，

5、在這個流程中，前3步為擴散摻雜的晶圓準備，同時在擴散摻雜前要進行設(shè)備準備，即包括設(shè)備檢測、設(shè)備清潔、工藝菜單、升溫并達到指定的溫度分布等。1.上料模式兩種上料模式9.22.擴散步驟1)預(yù)淀積擴散：預(yù)淀積是恒定表面源擴散，即擴散爐中的雜質(zhì)氣體濃度保持恒定不變，這樣暴露在雜質(zhì)氣體中的半導(dǎo)體晶圓表面雜質(zhì)濃度NS也保持恒定不變。2)再分布擴散：再分步又叫推進，是限定源濃度擴散。3.評估4.橫向擴散擴散的理想情況與橫向擴散9.2擴散設(shè)備、工藝參數(shù)及其控制半導(dǎo)體設(shè)備發(fā)展很快，擴散設(shè)備已經(jīng)智能化。圖98是一款擴散設(shè)備外觀（通常叫擴散爐）。擴散設(shè)備外觀1.擴散設(shè)備擴散設(shè)備單管控制結(jié)構(gòu)圖(1)技術(shù)指標1)適用硅

6、片：100mm、150mm、200mm、300mm。2)爐管數(shù)量：14管 (由客戶定)。3)凈化工作臺：臺面采用進口不銹鋼面板。4)氣路流量計：標配為浮子流量計，可選件為質(zhì)量流量計：5)氣密性指標：閥門壓力調(diào)節(jié)到29psi(1psi=6.895kPa)，24h后壓力減小到不大于1.4psi(1psi=6.895kPa)。6)氣路管件：采用內(nèi)拋光不銹鋼氣路管線及優(yōu)質(zhì)閥門,SWAGELOK接口。7)工作溫度范圍：6001300。8)溫度傳感器：S型熱電偶。9)長期工作溫度：12001286。10)恒溫區(qū)長度及精度：8001300，800mm/±0.5；400800，800mm/±

7、;1。11)單點溫度穩(wěn)定性：8001300，800mm/±0.5/48h；400800，800mm/±1/48h。12)升溫速度范圍：4001300，0.515/min，可控可設(shè)定編程；最大升溫速率為15/min。13)降溫速度范圍：1300800，0.55/min，可控可設(shè)定編程；最大降溫速率為5/min。(2)擴散設(shè)備的組成及功能擴散設(shè)備主要由控制系統(tǒng)、擴散爐、散熱系統(tǒng)、排毒箱、工作臺、加熱爐體系統(tǒng)、推拉舟送料系統(tǒng)等7個部分組成。1)控制系統(tǒng)：由可編程序控制器、人機界面、溫度控制儀表和氣路控制組成。 可編程序控制器：系統(tǒng)的智能控制核心單元，采用高穩(wěn)定性、高可靠性、可編程

8、、可升級的控制器，控制設(shè)備運行。負責系統(tǒng)的工藝運行控制，溫度檢測，熱電偶故障檢測，超溫報警，溫控儀參數(shù)設(shè)定，推拉舟控制，氣路質(zhì)量流量計控制，氣路故障檢測，工藝要求各種的聯(lián)鎖控制，實時報警等。采用計算機監(jiān)控，在計算機故障或關(guān)閉情況下，系統(tǒng)能夠正常運行。計算機系統(tǒng)可同時監(jiān)控幾個爐管的運行狀態(tài)，記錄運行數(shù)據(jù)，設(shè)定、操作各管運行。 人機界面：擴散爐控制系統(tǒng)的人機對話界面。用于輸入和顯示溫控曲線，氣路設(shè)定，實時顯示爐體實際溫度、爐體各相關(guān)設(shè)備的實際狀態(tài)、實時報警信息，設(shè)定和修改各工藝控制參數(shù)，推拉舟的設(shè)定及運行操作，系統(tǒng)測溫傳感器偏差的修正和補償?shù)?，都可以通過觸摸屏來完成查看、設(shè)定、操作等功能。 溫度控

9、制儀表：采用進口溫度控制儀表，通過數(shù)字通信接口與控制核心進行實時數(shù)據(jù)交換，在控制核心的控制指令之下實現(xiàn)精確穩(wěn)定的溫度控制。 氣路控制(流量計和電磁閥)：通過控制核心的模擬量控制，進行質(zhì)量流量控制器的設(shè)定和氣路的實時檢測反饋，操作人員通過觸摸屏可設(shè)定流量大小并查看實際流量(系統(tǒng)根據(jù)反饋值與設(shè)定值來判斷氣路流量偏差，并提供聲光報警，同時完成氣路與氣路、氣路與溫度等之間的聯(lián)鎖要求，如H2等危險氣體的控制等)。2)擴散爐：擴散爐主機頂部是排風(fēng)、散熱系統(tǒng)，擴散爐主機中部是處理硅片的多個加熱爐體，每個爐體有一套功率調(diào)節(jié)部件和下送風(fēng)系統(tǒng)(下送風(fēng)系統(tǒng)主要是協(xié)助頂部排風(fēng)，使主機內(nèi)溫度均衡，減少環(huán)境溫度變化對設(shè)備

10、精度的影響)。3)散熱系統(tǒng)：擴散爐頂部裝有排風(fēng)扇及水循環(huán)散熱器。4)排毒箱：排毒箱安裝在擴散爐主機箱與凈化臺之間，由4個獨立的不銹鋼箱體和4個獨立的排風(fēng)道組成。5)工作臺：工作臺臺面全部采用進口不銹鋼加工制作而成，提供一個小型工作環(huán)境。6)加熱爐體系統(tǒng)：用優(yōu)質(zhì)高溫加熱絲繞制加熱器，使用壽命長，加熱溫度均勻。7)推拉舟送料系統(tǒng)：采用進口步進電動機及驅(qū)動器做運動執(zhí)行機構(gòu)，在控制核心的控制之下，根據(jù)設(shè)定參數(shù)自動控制推拉舟進舟、出舟和速度變化(速度參數(shù)可通過觸摸屏直接設(shè)定)。(3)主要操作界面控制系統(tǒng)的主菜單畫面自動運行控制畫面工藝曲線編輯進入畫面密碼輸入工藝曲線編輯畫面設(shè)定工藝參數(shù)PID參數(shù)設(shè)置畫面

11、PID參數(shù)自整定操作畫面工藝溫度設(shè)定曲線查看畫面報警信息查看畫面多點修正操作畫面參數(shù)修改時自動彈出的數(shù)字鍵盤自動運行中強制跳步操作提示窗斷電后提示繼續(xù)運行時的彈出畫面自動運行中強制終止提示窗口2.擴散工藝參數(shù)、控制及應(yīng)用(1)工藝參數(shù)摻雜時間、摻雜溫度、雜質(zhì)源流量是很重要的工藝控制參數(shù)。(2)工藝控制及應(yīng)用擴散是最早用于摻雜的一種方法，隨著IC規(guī)模的快速發(fā)展，集成度越來越高，擴散已不能適應(yīng)超大規(guī)模、巨大規(guī)模集成電路淺結(jié)、小尺寸、準確的摻雜濃度的需要，但其設(shè)備便宜、工藝非常成熟，仍在許多方面應(yīng)用，如在分立器件、光伏器件、中小規(guī)模集成電路中仍廣泛應(yīng)用。1)磷摻雜： 影響磷擴散的因素： 磷擴散工藝控

12、制： 常見問題及處理:2)推阱。 推阱工藝主要參數(shù)：結(jié)深、膜厚和表面濃度。結(jié)深比較關(guān)鍵，必須保證正確的溫度和時間；注入能量和劑量一定后, 生長氧化膜主要為光刻對位提供方便,同時會改變晶圓表面的雜質(zhì)濃度，過厚或過薄均會影響NMOS管或PMOS管的開啟電壓；表面濃度主要受制于推阱程序的工藝過程,如高溫的溫度、工藝的時間、氧化和推結(jié)的前后順序。 影響推阱的工藝參數(shù)： 推阱工藝控制：(3)設(shè)備維護及工藝維護1)定期拉恒溫區(qū)以得到好的溫度控制。2)BT 測量：BT項目可以檢測到可動離子數(shù)目，及時掌握爐管的沾污情況，防止爐管受到可動電荷粘污,使大批晶圓受損。3)片內(nèi)均勻性：保證硅片中每個芯片的重復(fù)性良好。

13、4)片間均勻性：保證每個硅片的重復(fù)性良好。5)定期清洗爐管：清洗爐管，可以減少重金屬離子、堿金屬離子的沾污同時也能減少顆粒，保證氧化層質(zhì)量。6)定期檢測系統(tǒng)顆粒。9.2.4常用擴散雜質(zhì)源擴散用的雜質(zhì)源按其在常溫常壓下的形態(tài)可分為三類：液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)。擴散時雜質(zhì)源要被汽化然后用惰性氣體攜帶送入爐管中。1.液態(tài)源2.氣態(tài)源3.固態(tài)源1)硼擴散。2)鋁擴散。提高鋁擴散表面濃度用的閉管擴散三套管閉管擴散3)磷擴散。9.3離子注入9.3.1離子注入原理離子注入是將被摻雜的雜質(zhì)原子或分子進行離子化，經(jīng)磁場選擇和電場加速到一定的能量，形成一定電流密度的離子束流后被直接打進（掃描注入）半導(dǎo)體晶圓內(nèi)部去。具有

14、一定動能的離子射進硅片內(nèi)部后，由于硅片內(nèi)原子核和電子的不規(guī)則作用，以及和硅原子多次的碰撞，而使得注入的離子能量逐漸受到消耗，離子注入速度減慢，在硅片內(nèi)部移動到一定的距離就停止在硅片內(nèi)某一位置上，形成PN結(jié)。如果把離子注入機比作步槍，把被注入雜質(zhì)離子比作子彈，那么，離子注入就好像用步槍打靶子一樣，將離子強迫打進硅片中去，即實現(xiàn)了離子注入，如圖所示。離子注入原理圖1.離子注入掩蔽膜2.雜質(zhì)離子種類3.雜質(zhì)濃度分布9.3.2離子注入的重要參數(shù)1.劑量與束流密度2.射程與注入能量3.注入角度(1) 溝道效應(yīng)單晶硅原子的排列是長程有序的，當雜質(zhì)離子穿過晶格間隙的通道注入而不與電子和原子核發(fā)生碰撞(能量損

15、失少)而減速，雜質(zhì)離子將進入硅中很深的地方，大大超過了預(yù)期的射程，即超過了設(shè)計的結(jié)深，這就叫發(fā)生了溝道效應(yīng),如圖中的A離子路徑。溝道效應(yīng)抑制溝道效應(yīng)的方法1)傾斜晶圓：100晶向的硅片注入角度常偏離7°，能夠獲得對注入射程很好的控制。2)掩蔽氧化層：注入之前在硅片上生長一層薄的氧化層(1040nm)，這層氧化層是非晶化的，當離子注入后和二氧化硅原子碰撞使離子方向變的隨機，因此可以減小溝道效應(yīng)。3)硅預(yù)非晶化：在注入之前，用一種方法損壞硅表面一薄層的單晶結(jié)構(gòu)，使硅表面呈非單晶態(tài)，這就叫預(yù)非晶化。(2) 注入陰影前面講到通過旋轉(zhuǎn)硅片或傾斜硅片可以減小溝道效應(yīng)，但同時帶來一個問題，即注入陰

16、影。硅片傾斜時的注入陰影9.3.3離子注入摻雜工藝與擴散摻雜工藝的比較離子注入摻雜工藝與擴散摻雜工藝的比較離子注入工藝相對擴散工藝具有許多優(yōu)點，見表。表 離子注入摻雜工藝與擴散摻雜工藝的比較9.4離子注入機1)高能量注入機所得到的離子束具有較高能量。2)大束流注入機能獲得較大的離子束電流，其摻雜濃度較大，但是深度較淺，主要用于器件中的源漏極摻雜和LDD摻雜。3)中束流注入機則能獲得中等能量和電流的離子束， 被廣泛用于除深阱摻雜和源漏摻雜以外幾乎所有的離子摻雜工藝。離子注入機的組成9.4.1離子源組件 雜質(zhì)源要成為氣體才能送進離子源，把雜質(zhì)源變?yōu)闅怏w一般用蒸發(fā)器。離子源作用1.離子源離子源2.吸

17、附組件吸附組件及其作用離子速度與吸極電壓IHC離子源原理圖9.4.2分析磁體離子源中產(chǎn)生的離子通常不是單獨一種離子，而是多種離子，如圖934所示，就是硼源BF3（三氟化硼）分子被電離后產(chǎn)生的主要陽離子，但所需要的只是一種雜質(zhì)離子。因此，必須采取分析磁體對離子束進行質(zhì)量分離，選出所需的單一離子。在分析磁體中，離子束流在與磁場垂直的平面內(nèi)以恒定速度在真空中運動。由電磁學(xué)原理可知，此時帶電粒子受洛侖茲力的影響作勻速圓周運動。對于不同質(zhì)量的離子，其勻速圓周運動的半徑是完全不同的。磁分析器就是根據(jù)不同離子其運動半徑不同的原理，將不同的離子一一分離開來，把不需要的雜質(zhì)離子濾除掉，只把所需要的一種雜質(zhì)離子挑

18、選出來送進加速器進行加速。分析磁體如圖935所示。B(三氟化硼)分子被電離后產(chǎn)生的主要陽離子分析磁體9.4.3加速聚焦器 加速聚焦器由加速器、聚焦陽極、聚焦透鏡和中性束流陷阱構(gòu)成，如圖所示。加速聚焦器(1)加速器離子源的吸極最高負壓一般不能達到注入離子能量的要求,如果需要更高的能量就必須再添加高壓進行第二次的加速,完成此功能的就是后加速器。后加速器 (2)聚焦透鏡在磁分析器與后加速高壓吸極間，安裝了絕緣環(huán)以及其他機械結(jié)構(gòu)從而使磁分析器與后加速高壓吸極間的距離被拉長了,束流在這一段過程中由于束流中正離子的相互排斥而使束流發(fā)散,為此要對束流聚焦，同時使離子束中性化。電磁聚焦透鏡原理9.4.4掃描偏

19、轉(zhuǎn)系統(tǒng)從聚焦系統(tǒng)出來的離子束打到硅片上是一個亮斑，束斑的大小沒有硅片大，束流打在硅片上僅是一部分，如中束流的注入束斑約1cm2，大束流的約3cm2，要使整個硅片表面都能均勻地注入離子，需要束流對硅片進行掃描，對靶片進行大面積離子注入，使整個靶片得到均勻的雜質(zhì)離子分布。掃描有兩種形式，或者硅片不動，束流作掃描運動(電子掃描)，或者束流不動,硅片作一定方向的運動(機械掃描)，當然還有束流和硅片都動的(機械電子混合掃描)。電子掃描(1)電子掃描電子掃描是在一套X-Y電極上加特定電壓，使離子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，注入固定的硅片上，如圖9-39所示，若X電極被設(shè)為負壓，正離子束就會向X電極方向偏轉(zhuǎn)。機械掃描(靶盤

20、上的硅片既能旋轉(zhuǎn)又能上下移動，還能翻轉(zhuǎn)進行掃描)(2)機械掃描這種掃描束流不動,硅片作一定方向的運動，如圖9-40所示。(3) 混合掃描混合掃描系統(tǒng)中，硅片放置在輪盤上旋轉(zhuǎn)，并沿Y軸掃描，離子束在靜電(或電磁)的作用下沿X軸方向掃描。(4)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)當雜質(zhì)離子在離子注入中行進時，會與系統(tǒng)中的殘余氣體分子碰撞，將電荷轉(zhuǎn)給這些氣體分子而變成中性原子。靶室及終端臺1.靶室(1) 靶盤離子注入的最終目標是將離子注入硅片上去，所以需要把硅片安放在一個地方，讓離子束流能注入進去，這個地方就是靶盤。靶盤及靶盤（2)束流檢測器在靶盤的背后有一個離子束檢測器(法拉第測試杯金屬杯，又叫劑量控制器)，用以監(jiān)測注入的離

21、子數(shù)量，如圖所示。束流測量2.終端臺(1)靶盤運動驅(qū)動裝置靶盤運動驅(qū)動裝置提供靶盤做旋轉(zhuǎn)運動(Rotary drive)、往復(fù)直線運動(Linear drive)以及靶盤兩個方向的偏轉(zhuǎn)(Gyro drive)的動力。(2)硅片傳送裝置當硅片盒被放到移動片盒臺上后，需要通過一系列的操作將沒注入過的硅片從片盒中取出放到靶盤上，同時又要把注入好的硅片從靶盤上取下送回到空片盒中，為了提高效率，裝片和卸片同時進行。1)真空片盒(Vacuum cassette)：真空片盒是讓硅片從大氣狀態(tài)進入到真空狀態(tài)或從真空狀態(tài)回到大氣狀態(tài)的一個過渡裝置。2)硅片裝卸傳輸機械手(Transfer arm)：和前面的電動

22、機驅(qū)動一樣,它是一套具有編碼器的直流伺服電動機,通過齒形帶帶動傳輸手臂的旋轉(zhuǎn)。(3)監(jiān)視與操作界面這一部分實現(xiàn)對工藝的全過程的程序設(shè)置、工藝參數(shù)設(shè)置、工藝監(jiān)控等。9.4.6真空系統(tǒng)離子注入機的許多部件內(nèi)部都要求真空系統(tǒng)，比如離子源、加速器、靶室等。一般用真空泵和閉合的抽氣系統(tǒng)來實現(xiàn)。9.5離子注入工藝9.5.1離子注入工藝規(guī)范操作1.接片檢查2.注入工藝操作1)按設(shè)備操作順序和規(guī)范進行設(shè)備檢測、工具檢測與準備。2)雜質(zhì)氣源檢測與準備：指示燈、真空度及氣體流量調(diào)節(jié)等要達到工藝規(guī)范要求。3)待注入硅片準備：用倒筐器把待注入片倒入注入專用筐。4)再次核對設(shè)備、氣源等各項指標并校正。5)離子注入：待片

23、子進到注入室時，按操作程序開始注入。6)當注入完后，系統(tǒng)會報警，按下“END”鍵，并使設(shè)備有關(guān)表頭、有關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換到結(jié)束狀態(tài)設(shè)定值。7)注入結(jié)束后，填好設(shè)備運行記錄。8)將硅片倒入原片筐，用真空鑷子從背面吸片，目檢表面，確認全部正常后下傳下道工序。3.工藝操作注意事項1)接傳片以及工藝操作過程中，必須戴一次性手套，并且要求一副一次性手套使用最多不能超過45min，操作過程中不論任何原因造成手套損壞，或觸摸、抓拿其他物體(除承片臺、承片筐、傳片盒、真空鑷子、隨工單、專用記錄筆以外的物體)，都必須更換一副新的一次性手套。2)接片時盛片筐、傳片盒必須是干凈的，無論片量大小傳片盒必須是對硅片無擠壓的黑色

24、雙筐傳片盒。3)換筐時必須等筐升到位才可以拿下片筐，否則容易碎片、卡片。4)過程檢驗時必須使用真空鑷子吸取硅片背面進行操作，任何情況下不得接觸硅片正面。5)超過一天不使用或交叉注入不同類型離子源時，必須進行先行假片注入，待所測方塊電阻值合格后才能進行正式片操作，操作時保證先入先出的原則。6)傳片時必須保證盛片筐、傳片盒是干凈的，并且保持原傳片裝置清潔。7)當操作出現(xiàn)異常問題時，“ERROR”黃燈會報警，表示不正?；蛴衅渌麊栴}，不能碰任何按鍵，立即通知調(diào)度找維修人員處理。8)注入機進行注入時，不能在機器兩側(cè)及后面走動，嚴禁觸及與控制面板無關(guān)的按鍵。4.安全注意事項1)所有鑰匙開關(guān)在開啟之后必須立

25、即取下鑰匙。2)高壓端加上高壓后，嚴禁打開防護罩，需要修理高壓端或更換離子源時，必須先戴好防毒面具，把高壓端斷開，并用放電棒對高壓端、離子源及相關(guān)部分放電，進行這些操作時，至少有兩人在場。3)離子源使用的BF3、PH3都是劇毒氣體，因此注入時必須打開排風(fēng)系統(tǒng)。4)不管任何情況造成機械泵停止工作，都要及時打開放氣閥，防止機械泵返油。5)在緊急情況下需要停機時，關(guān)掉總電源“MAIN POWER”，意外情況下可以按下紅色的“EMERGENCY POWER OFF”按鍵。6)不能在高于額定能量、束流的條件下運行。7)清洗離子源或換燈絲時，必須在帶有強排風(fēng)的操作箱里進行，且要保證排風(fēng)良好，對于清洗下來的

26、雜物和被污染的手套應(yīng)按規(guī)定處理，不能亂扔亂放。8) 注入操作結(jié)束及清洗離子源、換燈絲后，應(yīng)立即用清洗劑洗手。9)未經(jīng)許可不能打開氣瓶、氣箱和調(diào)節(jié)任何閥門，換氣瓶時，必須至少有兩人在場，離子源冷卻一小時后才能取出。10)熟練掌握緊急遇險與緊急情況的處理。9.5.2離子注入使用的雜質(zhì)源及注意事項1.雜質(zhì)源1)磷化氫是一種無色的可燃的劇毒氣體，并帶有一股腐爛的魚臭味。2)氟化硼是一種無色的氣體，它在潮濕的空氣中發(fā)出煙霧并帶有一種刺激且令人窒息的臭味。2.注意事項9.5.3退火由于離子注入會損傷襯底，使電子空穴對的遷移率及壽命大大減小，此外，被注入的離子大多不是以替位形式處在晶格位置上。為了激活離子，

27、恢復(fù)原有遷移率，必須在適當?shù)臏囟认率拱雽?dǎo)體退火，如圖所示。退火能夠修復(fù)晶格缺陷，還能使雜質(zhì)原子移動到晶格格點上，激活雜質(zhì)。一般，修復(fù)晶格缺陷大約需要500，激活雜質(zhì)需要950。雜質(zhì)的激活與時間和溫度有關(guān)，時間越長，溫度越高，雜質(zhì)激活的越充分。硅片的退火方法常用的有高溫熱退火和快速熱退火。退火9.5.4關(guān)鍵工藝控制1.注入角度控制1)離子束調(diào)節(jié)中可能造成入射離子束與束線的軸不平行。2)大規(guī)模制造中硅片切割誤差造成漂移。3)掃描結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的硅片定位變化。2.污染3.硅片電荷控制4.劑量均勻性和重復(fù)性9.6離子注入的應(yīng)用9.6.1溝道區(qū)及阱區(qū)摻雜溝道區(qū)及阱區(qū)的摻雜主要有閾值電壓調(diào)節(jié)注入、反穿通注入、

28、埋層注入、阱區(qū)絕緣注入、阱區(qū)反型注入及吸收注入。這部分注入工藝的能量比較寬，但劑量屬中低范圍，所以此部分注入工藝基本上使用中束流及高能注入機。(1) 閾值電壓調(diào)節(jié)注入工藝閾值電壓調(diào)節(jié)注入工藝是半導(dǎo)體工業(yè)中使用最早的離子注入技術(shù)工藝。(2)反穿通注入工藝該注入工藝的功能是防止源漏兩極在溝道下面導(dǎo)通，因PN結(jié)結(jié)深與載流子濃度成反比，如果溝道下部載流子濃度很低，在溝道很短的情況下源漏之間的PN結(jié)就會靠得很近而容易被穿通，使溝道短路，發(fā)生不希望的漏電。反穿通注入工藝(3)阱間絕緣注入工藝(Channel Stop)阱間絕緣的注入工藝是將雜質(zhì)摻在用于隔開阱區(qū)的絕緣欄的下方，此目的是為了提高阱間寄生場效應(yīng)

29、晶體管的閾值電壓，使在正常的工作情形下此寄生場效應(yīng)晶體管不會被導(dǎo)通而起到絕緣的效果。(4)埋層注入工藝(Buried Layer)該工藝是要降低阱區(qū)底部的電阻，以防芯片在運行中出現(xiàn)死循環(huán)(Latchup) 現(xiàn)象。埋層注入工藝 (5)吸取注入工藝(Gettering)它是在CM0S離子注入中能量最高的工藝，其目的是利用所注入的元素的化學(xué)特性和注入后所形成缺陷的物理特性來吸收阱區(qū)里的其他雜質(zhì)(如重金屬等)及晶格缺陷，以提高阱區(qū)內(nèi)，尤其是溝道區(qū)內(nèi)的材料質(zhì)量從而提升產(chǎn)品性能。(6)反型阱區(qū)注入工藝(Retrograde Well)在早期此工藝由爐管擴散或注入后驅(qū)動擴散而完成，但其不能在阱區(qū)內(nèi)形成優(yōu)化的

30、載流子分布，高性能的芯片要求硅片表面的載流子濃度低，而在硅片內(nèi)部的某些部位要濃，這樣既能提高芯片的運行速度，又能達到以上所述的反穿通、抑制死循環(huán)及吸取污染雜質(zhì)的效果。9.6.2多晶硅注入此注入工藝是為了降低多晶硅的電阻，是CMOS注入工藝中注入劑量最大的工藝。有的制程在生長多晶硅的同時已摻入所需的元素，假如生長多晶硅時沒有摻雜，則要做多晶硅注入，再進行退火，注入后的元素退火時在多晶硅中的擴散率與單晶硅相比會高出兩個數(shù)量級，因此摻雜后的多晶硅的阻值與非摻雜的多晶硅相比會有大幅度的下降。此工藝因劑量很大，能量較低，在生產(chǎn)中一般都采用大束流離子注入機。9.6.3源漏區(qū)注入源漏區(qū)注入主要包括大角度暈環(huán)

31、(Halo)注入工藝、延伸(Extension)注入工藝、源漏(Sourcedrain)注入工藝及非晶體化(Preamorphous)注入工藝，此部分工藝技術(shù)要求越來越高，并與注入后的退火工藝有著密切的聯(lián)系。該部分的注入工藝其能量相對較低，但劑量屬中高范圍，一般采用中束流及大束流注入機。(1)大角度暈環(huán)注入工藝Halo是大角度(大于20°)四方向的中劑量離子注入工藝，它的主要功能是防止源漏相通，降低延伸區(qū)的結(jié)深及縮短溝道長度，有利于提高芯片的性能，一般在延伸注入工藝之后注入。(2) 延伸注入工藝它先前也稱作低劑量摻雜(LDD)，是定義漏源區(qū)的注入工藝，這種區(qū)域通常稱為漏源擴展區(qū)。 (3)源漏注入工藝源漏注入的劑量很大，是降低場效應(yīng)晶體管串聯(lián)電阻的重要一環(huán)。(4)非晶體化注入工藝在源漏區(qū)還有一種注入工藝被有些廠家所采用，它就是非晶體化注入工藝，其注入元素主要有鍺和硅，其中鍺的使用比較廣泛一些， 因為其原子重量大，容易達到非晶體化效果，并能