半導(dǎo)體行業(yè)之離子注入工藝（十）

01

后段加速

當(dāng)質(zhì)譜儀選擇了所需的離子后，離子將進(jìn)入后段加速區(qū)域，射束電流與最后的離子能量被控制在該區(qū)內(nèi)，離子束電流利用可調(diào)整的葉片控制，而離子能量則由后段加速電極的電位控制。離子束的聚焦和射線形狀被界定孔徑及電極控制。下圖顯示了射束電流控制及后段加速裝置。

對(duì)于主要用于阱區(qū)與深埋層注入過(guò)程的高能離子注入機(jī)，需要將數(shù)個(gè)高壓加速電極沿著射線方向串聯(lián)在一起，這樣可以將離子加速到幾百萬(wàn)電子伏（MeV）的能量等級(jí)。應(yīng)用在超淺型結(jié)（USJ）注入的離子注入機(jī)，特別是用于P型硼的注入，后段加速電極以反向方式連接，這樣離子束才會(huì)在經(jīng)過(guò)該電極時(shí)被減速而不是被加速，產(chǎn)生能量低于0.1keV左右的純凈離子束。

某些注入機(jī)后段加速之后，將用一個(gè)電極將離子束彎曲一個(gè)小角度，例如10°，從而有助于擺脫高能量的中性粒子。當(dāng)離子的軌跡彎曲并向晶圓移動(dòng)時(shí)，中性粒子保持直線運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)下圖）。有些注入系統(tǒng)將離子彎曲兩次,并形成“S”形軌跡，這樣可以獲得純度更高的離子源。

02

電荷中性化系統(tǒng)

當(dāng)離子注入進(jìn)入硅襯底時(shí)，會(huì)將正電荷帶入晶圓表面。如果正電荷一直積累，就可能造成晶圓的帶電效應(yīng)。帶正電荷的晶圓表面將傾向于排斥正離子，這樣將引起所謂的射線放大和不均勻的離子注入，并導(dǎo)致整個(gè)晶圓上的摻雜物分布不均勻（見(jiàn)下圖）。

當(dāng)表面電荷濃度過(guò)高時(shí)，電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)可能高到足以使薄的柵氧化層擊穿，從而將嚴(yán)重影響集成電路芯片的成品率。當(dāng)積累的正電荷增加到某一程度時(shí)，會(huì)以電弧的形式放電，電弧的火花將在晶圓表面上造成缺陷。

為了處理晶圓帶電問(wèn)題，需要使用大量帶負(fù)電荷的電子中和晶圓表面的正離子。有幾種方法可以使晶圓中性化:等離子體注入系統(tǒng)、電子槍和電子淋浴器都可以提供電子中和正離子,將晶圓的帶電效應(yīng)降到最低。下圖顯示了一個(gè)等離子體注入系統(tǒng)。

在等離子體注入系統(tǒng)中，熱電子從熱的鴇絲表面發(fā)射出來(lái)并通過(guò)直流電源加速。這些熱電子將在反應(yīng)室中與中性原子碰撞產(chǎn)生帶有電子與離子的等離子體。等離子體中的電子會(huì)被吸入離子束中與離子一起流向晶圓表面，形成的等離子體將中和晶圓并將晶圓的帶電效應(yīng)降到最低。

下圖說(shuō)明了一個(gè)電子槍系統(tǒng)。熱電子由熱燈絲產(chǎn)生并以高能量加速到電子靶上。電子與靶碰撞后產(chǎn)生大量二次電子，這些二次電子由靶的表面通過(guò)撞擊離開(kāi)表面后與離子束一起流向晶圓中和晶圓表面的正離子。

03

晶圓處理器

晶圓處理器最重要的作用是在整個(gè)晶圓表面形成均勻的離子注入。離子束的直徑大約為25mm（約1in）。通常需要移動(dòng)離子束或移動(dòng)晶圓，而且有些注入機(jī)中兩者都需要移動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)使離子束均勻掃描整個(gè)晶圓，晶圓直徑可以是300mm的大尺寸。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)輪能高速自旋。當(dāng)晶圓通過(guò)離子束時(shí)，離子會(huì)以離子束的弧形帶狀形式注入到晶圓的部分區(qū)域。轉(zhuǎn)輪的中心會(huì)前后擺動(dòng)，從而可以使離子束均勻地掃描到旋轉(zhuǎn)輪的每個(gè)晶圓部分。下圖說(shuō)明了一個(gè)旋轉(zhuǎn)晶圓的支撐系統(tǒng)。