在半導(dǎo)體晶圓制造中,由于純凈硅的導(dǎo)電性能很差,需要加入少量雜質(zhì)使其結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率發(fā)生改變,從而變成一種有用的半導(dǎo)體,這個(gè)過程稱為摻雜。目前摻雜主要有高溫?zé)釘U(kuò)散法和離子注入法兩種,離子注入占據(jù)著地位。
高溫?zé)釘U(kuò)散法:將摻雜氣體導(dǎo)入放有硅片的高溫爐中,將雜質(zhì)擴(kuò)散到硅片內(nèi)的方法。由于熱擴(kuò)散存在精度較難控制、高熱熱缺陷等缺點(diǎn),在現(xiàn)在的工藝中已經(jīng)較少采用。
離子注入法:通過離子注入機(jī)的加速和引導(dǎo),將要摻雜的離子以離子束形式入射到材料中去,離子束與材料中的原子或分子發(fā)生一系列理化反應(yīng),入射離子逐漸損失能量,并引起材料表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化,最后停留在材料中,實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面性能的優(yōu)化或改變。離子注入具備控制能量和劑量、摻雜均勻性好、純度高、低溫?fù)诫s、不受注射材料影響等優(yōu)點(diǎn),目前已經(jīng)成為0.25um特征尺寸以下和大直徑硅片制造的標(biāo)準(zhǔn)工藝。
離子注入機(jī)與光刻機(jī)、刻蝕機(jī)和鍍膜機(jī)并稱四大核心裝備,開發(fā)難度僅次于光刻機(jī)。
由于集成電路制程向14nm及以下繼續(xù)縮小,源漏極的結(jié)深相應(yīng)減小,為了實(shí)現(xiàn)淺層摻雜,低能大束流(高劑量/淺度摻雜)日漸成為主流,其技術(shù)難度也高,根據(jù)浦東投資的統(tǒng)計(jì),目前低能大束流占有離子注入機(jī)市場(chǎng)的55%。
按下游領(lǐng)域分類,目前離子注入機(jī)可用于眾多領(lǐng)域,包括集成電路與IGBT制造 領(lǐng)域、太陽能電池生產(chǎn)領(lǐng)域、AMOLED面板制造等。
離子注入機(jī)主要由離子源、磁分析器、加速管或減速管、聚焦和掃描系統(tǒng)、工藝腔(靶室和后臺(tái)處理系統(tǒng))五部分組成。設(shè)備工作時(shí),從離子源引出的離子經(jīng)過磁分析器選擇出需要的離子,分析后的離子經(jīng)加速或減速以改變離子的能量,再經(jīng)過兩維偏轉(zhuǎn)掃描器使離子束均勻的注入到材料表面,用電荷積分儀可測(cè)量注入離子的數(shù)量,調(diào)節(jié)注入離子的能量可控制離子的注入深度。
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