我国自研“高能离子注入机”或将为芯片制造企业提供成套解决方案

离子注入是指当真空中有一束离子束射向一块固体材料时，离子束把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面，这个现象叫做溅射;而当离子束射到固体材料时，从固体材料表面弹了回来，或者穿出固体材料而去，这些现象叫做散射;另外有一种现象是，离子束射到固体材料以后，受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并停留在固体材料中的这一现象叫作离子注入。

近期，中国电子科技集团自主研发高能离子注入机成功实现百万电子伏特高能离子加速，离子注入机是芯片制造中的关键装备。高能离子注入机是离子注入机中技术难度Z 大的机型。电科装备将在年底前推出首台高能离子注入机，实现我国芯片制造领域全系列离子注入机自主创新发展，并为全球芯片制造企业提供离子注入机成套解决方案。

离子注入机是高压小型加速器中的一种，应用数量Z 多。它是由离子源得到所需要的离子，经过加速得到几百千电子伏能量的离子束流，用做半导体材料、大规模集成电路和器件的离子注入，还用于金属材料表面改性和制膜等。

离子注入机是集成电路制造前工序中的关键设备，离子注入是对半导体表面附近区域进行掺杂的技术，其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型。离子注入与常规热掺杂工艺相比可对注入剂量、注入角度、注入深度、横向扩散等方面进行精 确的控制，克服了常规工艺的限制，提高了电路的集成度、开启速度、成品率和寿命，降低了成本和功耗。离子注入机广泛用于掺杂工艺，可以满足浅结、低温和精 确控制等要求，已成为集成电路制造工艺中必不可少的关键装备。

离子注入机由5部分组成：

1、离子源：离子注入机利用离子源中灯丝产生的热电子在电场的作用下轰击气体分子，使之电离。待注入的杂质源如果是气态，便可以直接引入到离子源的电场中，如果是固态，则还需加热蒸发，变为气相后引入到这个电场中。气相的杂质源在电场中被电离后变成为离子(即带电的原子或分子)。

2、离子引出和质量分析器：所有带正电的离子被离子源阳极的正压排斥从一个狭缝中被引出，此时等离子体中的电子被阴极排斥而被阻止，由此形成了正离子组成的离子束。热电子轰击杂质源气体分子会产生多种离子，比如三 氟 化 硼气体源，在离子源中会形成和等多种离子，每种离子的质荷比不同，在通过质量分析器的分析磁铁时，离子的运动轨道会不同，离子注入机的质量分析器可以将所需要的杂质离子从混合的离子束中分离出来。

3、加速管：要使离子能够获得更大的能量，正离子从质量分析器出来后还要通过加速管的高压得到所需要的速度。加速管是由一系列介质隔离的电极组成，电极上的负电压依次增大。当正离子进入到加速管后，各个负电极为离子加速，离子的运动速度是各级加速的叠加，总的电压越高，离子的运动速度越快，即动能越大。

4、扫描系统：离子注入机的扫描系统构成了离子束与硅片之间的相对运动，为了使硅片上的杂质呈均匀分布，避免离子长时间的轰击局部一点过热，造成不可恢复的损伤，硅片的离子注入都采用扫描方式。有两种基本的扫描方式：机械式扫描和电磁式扫描。机械式扫描采用的是硅片移动的方法，即靶盘带动硅片运动。电磁式扫描是用电磁场将离子束偏转实现扫描。也有的注入机采用混合方式，即机械和电磁两种方式相结合。

5、工艺腔：包括放置硅片的靶盘、扫描系统、带真空锁的硅片装卸终端台、硅片传输系统和计算机控制系统。

离子注入的应用

在电子工业中，离子注入成为了微电子工艺中的一种重要的掺杂技术，也是控制MOSFET阈值电压的一个重要手段。因此在当代制造大规模集成电路中，可以说是一种必不可少的手段。

离子注入的方法就是在真空中、低温下，把杂质离子加速(对Si，电压≥105 V)，获得很大动能的杂质离子即可以直接进入半导体中;同时也会在半导体中产生一些晶格缺陷，因此在离子注入后需用低温进行退火或激光退火来消除这些缺陷。离子注入的杂质浓度分布一般呈现为高斯分布，并且浓度Z 高处不是在表面，而是在表面以内的一定深度处。

离子注入的优点是能精 确控制杂质的总剂量、深度分布和面均匀性，而且是低温工艺(可防止原来杂质的再扩散等)，同时可实现自对准技术(以减小电容效应)。

在工艺流程中，光刻的下一道工序就是刻蚀或离子注入。在做离子注入时，有光刻胶保护的地方，离子束无法穿透光刻胶;在没有光刻胶的地方离子束才能被注入到衬底中实现掺杂。因此，用于离子注入工艺的光刻胶必须要能有效地阻挡离子束。

集成电路前道制程中有许多光刻层之后的工艺是离子注入，这些光刻层被称为离子注入光刻层(implant layers)。离子注入完成后，晶圆表面的光刻胶必须被清除掉，清除离子注入后的光刻胶是光刻工艺中的一个难点。对清除工艺的要求包括：

(1)干净彻底地去除衬底上的光刻胶;

(2)尽量避免衬底损伤表面，特别是离子注入区域(即没有光刻胶的区域);

(3)尽量避免对器件(如栅极的金属)造成伤害。

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