半導(dǎo)體制造之離子注入工藝簡述

電機系統(tǒng)

高壓直流電源用于加速離子，大約為200kV的DC電源供應(yīng)系統(tǒng)被裝配在注入機內(nèi)。為了通過離子源產(chǎn)生離子，需要用熱燈絲或射頻等離子體源。熱燈絲需要大電流和幾百伏的供電系統(tǒng)，然而一個射頻離子源需要大約1000W的射頻供應(yīng)。需要高電流通過質(zhì)譜儀磁鐵產(chǎn)生強大的磁場彎曲離子軌道，并選擇正確的離子產(chǎn)生非常純凈的離子束。電力供應(yīng)系統(tǒng)需要校正而且必須精確，電力供應(yīng)的電壓與電流必須非常穩(wěn)定并確保工藝成品率。

真空系統(tǒng)

整個射線必須在高真空狀態(tài)下減少帶電離子和中性氣體分子沿離子軌跡發(fā)生碰撞的概率。碰撞將引起離子的散射和損失，并且將從離子與中性原子間的電荷交換過程中產(chǎn)生不需要的離子注入，這會造成射線污染。離子束的壓力應(yīng)該降低到使離子的平均自由程比離子源到晶圓表面的軌跡長度還要長。結(jié)合了冷凍泵、渦輪泵和干式泵的裝置將被使用在射線系統(tǒng)中以達(dá)到10-7Torr的高真空。

因為離子注入過程中將使用危險氣體，所以注入機的真空排放系統(tǒng)必須與其他排放系統(tǒng)隔離開。當(dāng)排放氣體釋放到空氣中之前，需要經(jīng)過燃燒箱和洗滌器。在燃燒箱中，易燃性和爆炸性的氣體將會在高溫火焰中被氧氣中和。在洗滌器中，腐蝕性氣體和燃燒的灰塵將被沖洗掉。

控制系統(tǒng)

為了達(dá)到設(shè)計要求，離子注入過程需要精確控制離子束的能量、電流和離子的種類。注入機也需要控制機械部分，例如裝載與卸載晶圓的機器手臂，并控制晶圓的移動使整個晶圓獲得均勻注入。節(jié)流閥根據(jù)壓力設(shè)置維持系統(tǒng)的壓力。

中央控制系統(tǒng)通常是一片中央處理(CPU)電路系統(tǒng)。不同的控制系統(tǒng)將收集注入機內(nèi)各系統(tǒng)的信號并送到CPU電路板系統(tǒng)中，CPU電路板將處理資料并通過控制電路板將指令傳送到注入機內(nèi)的各系統(tǒng)中。

射線系統(tǒng)

離子射線系統(tǒng)是離子注入機最重要的部分，它包含了離子源、萃取電極、質(zhì)譜儀、后段加速系統(tǒng)、等離子體注入系統(tǒng)及終端分析儀。下圖說明了離子注入機的射線系統(tǒng)。

離子源

摻雜物離子包括:摻雜物蒸氣;氣態(tài)摻雜化學(xué)合成物原子;分子的游離放電產(chǎn)生物。熱燈絲離子源是最常用的一種離子源。在這種離子源中，燈絲電能供應(yīng)系統(tǒng)加熱鴇絲并在熾熱的燈絲表面形成熱電子發(fā)射。熱電子被電壓很高的電弧電力供應(yīng)系統(tǒng)加速后將摻雜物氣體的分子和摻雜物的原子分解并離子化。下圖顯示了一個熱燈絲離子源。離子源內(nèi)的磁場將強迫電子形成螺旋運動，這將使電子行走更長的距離，并增加電子與摻雜物分子碰撞的概率而產(chǎn)生更多的摻雜物離子。負(fù)偏壓抗陰極電極板會將電子從附近的區(qū)域排斥，減少了電子沿磁場線與側(cè)壁產(chǎn)生碰撞的損失問題。

其他種類的離子源，例如射頻（RF）離子源和微波離子源，也應(yīng)用于離子注入的制造過程中。射頻離子源使用電感耦合型射頻離化摻雜物離子。微波離子源使用電子回旋共振產(chǎn)生等離子體及離子化摻雜物離子。下圖顯示了射頻離子源與微波離子源的示意圖。

審核編輯：湯梓紅