半导体工艺整理.docx

半导体工艺整理.docx

《半导体工艺整理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体工艺整理.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

半导体工艺整理

三．热分解淀积氧化

热分解氧化薄膜工艺是利用含硅的化合物经过热分解反应，在硅片表面淀积一层二氧化硅薄膜的方法。

这种方法的优点是：

基片本身不参与形成氧化膜的反应，而仅仅作为淀积二氧化硅氧化膜的衬底。

衬底可以是硅也可以不是硅而是其它材料片。

如果是硅片,获得二氧化硅膜也不消耗原来衬底硅,而保持硅片厚度不变，这是与热氧化法最根本的区别。

因为这种方法可以在较低的温度下应用，所以被称作“低温淀积”。

常用的热分解淀积氧化膜反应源物质（硅化合物）有正硅酸乙脂和硅烷两种。

现分别介绍如下：

1．正硅酸乙脂热分解淀积

淀积源的温度控制在20oC左右，反应在真空状态下进行，真空度必须在10—2×133.3Pa以上，淀积时间根据膜厚决定。

淀积得到的二氧化硅氧化膜不如热生长的致密。

但如果在真空淀积之后经过适当的增密处理可使其质量有所改善；方法是硅片在反应炉内加热升温到850~900oC半小时左右,之后再在干燥的氮、氩或氧气氛中继续加热一段时间即可.

2．硅烷热分解淀积

反应方程式：

SiH4+2O2→SiO2↓+2H2O↑（300～400oC）

以上两种热分解淀积氧化膜的方法实际上是一种化学气相淀积（CVD）工艺。

前一种是低压CVD（LPCVD）;后一种是常压CVD（APCVD）.特别是后一种硅烷加氧气淀积二氧化硅的方法，是目前生产中天天在用的常规工艺。

以后我们将有专门的章节讲解CVD工艺.

第二节SiO2薄膜的质量与检测

二氧化硅工艺质量是半导体器件质量的基础。

下面就氧化质量要求,工艺检测，常见质量问题及对策等几个方面进行讨论。

一．质量要求

SiO2薄膜质量优劣对器件性能和产品成品率都有很大影响.通常要求薄膜表面无斑点、裂纹、白雾、发花和针孔等缺陷；厚度要求在指标范围内，且保持均匀一致；结构致密，薄膜中可动离子特别是钠离子量不得超标。

二．检测方法

1．厚度测量

要求精度不高时，可用比色法、磨蚀法测量；精度高时，可用双光干涉法,电容－电压法检测。

精度高达10×10—10m的椭圆偏振法，现在生产上已是常用测试手段.

2．表面质量

通过目测或镜检可以直接观察到SiO2薄膜表面各种缺陷。

颗粒可通过聚光灯照射形成亮点发现。

针孔、龟裂、除了显微镜直接观察还可以通过氯气腐蚀后出现花斑来检查。

3．氧化层错

将氧化片先经过腐蚀显示，再用显微镜观察，可看到许多类似火柴杆状的缺陷。

4．Si－SiO2系统电荷

硅—二氧化硅系统中的固定电荷、界面态、可动Na＋和电离陷阱四种电荷，都可以通过电容－电压法检测，但具体做法和算法有所不同。

三．常见质量问题和解决

1．厚度均匀性

氧化膜厚度不均匀不仅影响氧化膜对扩散杂质的掩蔽作用和绝缘作用,而且在光刻腐蚀时容易造成局部沾污。

要提高膜厚均匀性，首先要控制好氧气的流量，保证反应管里硅片周围氧气和水汽蒸汽压均匀；稳定炉温,保证足够长的恒温区，一定要把片子推进恒温区。

此外，还要严格控制好水浴温度，氧化前做好硅片前处理，保证清洗质量和硅片表面质量。

2．表面斑点

氧化层出现斑点时，斑点外的氧化膜对杂质的掩蔽能力降低，会造成器件性能变坏，甚至做不出管芯来。

一些突起的斑点还会影响光刻的对准精度,造成光刻质量不好.因此，要保证氧化前硅片表面无微粒；石英管长期处于高温下易老化，内壁产生颗粒沾污硅片，要及时清洗、更换石英管，操作中注意避免水珠飞溅到硅片表面；硅片清洗后要烘干无水迹.

3．氧化膜针孔

针孔会使氧化层扩散时的掩蔽作用失效，引起晶体管漏电增大，耐压降低甚至击穿，还会造成金属电极引线和氧化膜下面的区域短路，使器件变差或报废。

为了减少针孔，须保证硅片表面质量无位错层错;硅片表面应平整光亮;加强整个器件工艺过程中的清洗处理。

4．热氧化层错

由热氧化工艺诱生的热氧化层错这种微缺陷，会使氧化膜出现针孔等弊病，最终导致PN结反向漏电增大，耐压降低甚至穿通,使器件失效。

在MOS器件中，Si－SiO2系统中的层错会使载流子迁移率下降影响跨导和开关速度。

所以一定要保证硅片表面抛光质量和表面清洗质量，采用掺氯氧化和吸杂技术，在硅片背面引入缺陷或造成很大应力来降低热氧化层错。

第三节氧化装置

氧化装置主要由三部分构成：

氧化炉、氧化源发生和输送系统、进出硅片推拉系统。

而氧化炉又包括四个部分：

1．炉体

2．温度测量系统

3．温度控制系统

4．反应管

炉体提供稳定的高温条件，用高温电热丝加热。

炉管用绝缘性好的氧化铝管，电热丝绕套在炉管上,外面衬以保温材料，最外层是钢板制的炉罩。

温度测量,用热电偶配上电位差计.

温度控制分为自动和手动两部分。

手动用调压变压器调控；自动用精密温度自控仪或电子计算机控制。

反应管用耐高温不易变形的石英管或性能更好但价格较贵的碳化硅管。

以干氧―湿氧氧化为例的氧化装置示意图如下：

氧化工艺从二十世纪六十年代初用于半导体器件制造硅平面工艺到现在进入二十一世纪半个世纪当中，其设备发展早已今非昔比。

最新的设备可以加工的硅片尺寸已达十几英寸,恒温区越做越长，温度控制更加精确。

在空间上，设备任何部位；在时间上，工艺过程中任何时刻，都可以直观形象地在控制电脑荧屏上显示出来,操作时只要用手指指指点点就行。

然而，不管设备换型如何日新月异，就其基本结构而言，说到底仍旧还是我们这里介绍的这些。

后面将要讲到的其它工艺设备，如扩散、光刻、蒸发以及CVD等，情况也都是如此.

第三章扩散工艺

在前面“材料工艺”一章，我们就曾经讲过一种叫“三重扩散"的工艺,那是对衬底而言相同导电类型杂质扩散。

这样的同质高浓度扩散，在晶体管制造中还常用来作欧姆接触，如做在基极电极引出处以降低接触电阻。

除了改变杂质浓度，扩散的另一个也是更主要的一个作用，是在硅平面工艺中用来改变导电类型，制造PN结。

第一节扩散原理

扩散是一种普通的自然现象，有浓度梯度就有扩散。

扩散运动是微观粒子原子或分子热运动的统计结果.在一定温度下杂质原子具有一定的能量,能够克服某种阻力进入半导体,并在其中作缓慢的迁移运动.

一．扩散定义

在高温条件下,利用物质从高浓度向低浓度运动的特性，将杂质原子以一定的可控性掺入到半导体中，改变半导体基片或已扩散过的区域的导电类型或表面杂质浓度的半导体制造技术，称为扩散工艺。

二．扩散机构

杂质向半导体扩散主要以两种形式进行：

1．替位式扩散

一定温度下构成晶体的原子围绕着自己的平衡位置不停地运动。

其中总有一些原子振动得较厉害，有足够的能量克服周围原子对它的束缚，跑到其它地方，而在原处留下一个“空位”。

这时如有杂质原子进来，就会沿着这些空位进行扩散，这叫替位式扩散。

硼（B）、磷（P）、砷（As）等属此种扩散。

2．间隙式扩散

构成晶体的原子间往往存在着很大间隙,有些杂质原子进入晶体后,就从这个原子间隙进入到另一个原子间隙，逐次跳跃前进。

这种扩散称间隙式扩散。

金、铜、银等属此种扩散.

三．扩散方程

扩散运动总是从浓度高处向浓度低处移动.运动的快慢与温度、浓度梯度等有关。

其运动规律可用扩散方程表示，具体数学表达式略。

五．扩散杂质分布

在半导体器件制造中，虽然采用的扩散工艺各有不同,但都可以分为一步法扩散和二步法扩散。

二步法扩散分预沉积和再分布两步.一步法与二步法中的预沉积属恒定表面源扩散。

而二步法中的再扩散属限定表面源扩散.由于恒定源和限定源扩散两者的边界和初始条件不同，因而扩散方程有不同的解，杂质在硅中的分布状况也就不同。

1．恒定源扩散

在恒定源扩散过程中,硅片的表面与浓度始终不变的杂质（气相或固相）相接触,即在整个扩散过程中硅片的表面浓度NS保持恒定,故称为恒定源扩散。

2．限定源扩散

在限定源扩散过程中,硅片内的杂质总量保持不变，它没有外来杂质的补充，只依靠预沉积在硅片表面上的那一层数量有限的杂质原子向硅内继续进行扩散，这就叫限定源扩散或有限源扩散。

在讨论限定源扩散，即两步法的再分布时，必须考虑的一个因素是分凝效应。

在“氧化工艺”中曾经分析过，由于热氧化，在再分布时杂质在硅片表面氧化层中会出现“吸硼排磷”现象，我们不能忽略这个因素；并且应当利用这些规律来精确的控制再分布的杂质表面浓度。

第二节扩散条件

扩散条件选择，主要包括扩散杂质源的选择和扩散工艺条件的确定两个方面.

一．扩散源的选择

选取什么种类的扩散杂质源，主要根据器件的制造方法和结构参数确定。

具体选择还需要遵循如下原则：

1．导电类型与衬底相反;

2．先扩散的扩散系数要比后扩散的小；

3．杂质与掩模之间的配合要协调,扩散系数在硅中要比在掩模中大得多;

4．要选择容易获得高浓度、高蒸汽压、且使用周期长的杂质源；

5．在硅中的固溶度要高于所需要的表面杂质浓度；

6．毒性小，便于工艺实施。

从杂质源的组成来看,有单元素、化合物和混合物等多种形式。

从杂质源的状态来看,有固态、液态、气态多种。

二．扩散条件的确定

扩散的目的在于形成一定的杂质分布,使器件具有合理的表面浓度和结深，而这也是确定工艺条件的主要依据。

此外如何使扩散结果具有良好的均匀性、重复性也是选择工艺条件的重要依据。

具体讲有：

1．温度

对扩散工艺参数有决定性影响。

对浅结器件一般选低些；对很深的PN结选高些.此外还需根据工艺要求实行不同工艺系列的标准化，以有利于生产线的管理。

2．时间

调节工艺时间往往是调节工艺参数的主要手段,扩散时间的控制应尽量减少人为的因素。

3．气体流量

流量是由掺杂气体的类别和石英管直径确定的，只有使扩散的气氛为层流型，才能保证工艺的稳定性，流量控制必须采用质量流量控制器MFC。

第三节扩散参数及测量

扩散工艺中有三个参数非常重要，它们是扩散结深、薄层电阻及表面浓度，三者之间有着一个十分密切的有机联系。

一．扩散结深

结深就是PN结所在的几何位置，它是P型与N型两种杂质浓度相等的地方到硅片表面的距离，用

表示,单位是微米（

）

实际生产中

直接通过测量显微镜测量.具体方法有磨角染色法、滚槽法、阳极氧化法等。

二．方块电阻

扩散层的方块电阻又叫薄层电阻，记作R□或RS,其表示表面为正方形的扩散薄层在电流方向（平行于正方形的边）上所呈现的电阻.

由类似金属电阻公式

可推出薄层电阻表达式为:

（3-10）

式中：

、

分别为薄层电阻的平均电阻率和电导率。

为区别于一般电阻，其单位用Ω/□表示。

实际生产中，RS（R□）用四探针测试仪测量.

三．表面杂质浓度

扩散后的表面杂质浓度NS是半导体器件设计制造和特性分析的一个重要结构参数，它可以采取放射性示踪技术通过一些专门测试仪器直接测量，但是实际生产中是先测出结深

和方块电阻R□,再用计算法或图解法间接得出。

1．计算法

2．图解法

第四节扩散方法

扩散方法很多。

常用的主要有：

液态源扩散

气—固扩散粉态源扩散

片状源扩散

扩散法：

乳胶源扩散

固—固扩散CVD掺杂扩散

PVD蒸发扩散

这是以扩散中杂质源与硅片（固态）表面接触时的最终状态是气态还是固态来划分的.另外，按扩散系统来分,有开管式、闭管式和箱法三种；按杂质本来形态分有固态源、液态源、气态源三种.生产中习惯以杂质源类型来称呼扩散方法。

一．气－固扩散

液态或固态扩散杂质源最终呈现气态,与固态硅表面接触实现杂质扩散，叫气－固扩散.

1．液态源扩散

用保护性气体（如N2）通过液态源瓶（鼓泡或吹过表面）把杂质源蒸气带入高温石英管中，经高温热分解同硅片表面发生反应，还原出杂质原子并向硅内扩散。

液态源扩散的优点是PN结均匀平整，成本低，效率高,操作方便，重复性好。

通常液态源硼扩散，用硼酸三甲脂；液态源磷扩散,用三氯氧磷.

2．固态源扩散

（1）粉状源

（2）平面片状源

把片状杂质源（氮化硼片、硼或磷微晶璃片等）与硅片相间地放置在石英舟的“V"型槽上，并保持平行，用高纯度的N2保护，利用杂质源表面。

挥发出来的杂质蒸气,浓度梯度，在高温下经过一系列化学反应，杂质原子向片内扩散，形成PN结。

二．固-固扩散

杂质源与硅片是固体与固体接触状态下进行扩散。

在硅片表面沉积（化学气相沉积CVD；物理气相沉积PVD）或者涂布一层杂质或掺杂氧化物，再通过高温实现杂质向硅中的扩散。

（1）低温沉积掺杂氧化层法（CVD法）

分两步进行。

第一步在硅片表面沉积。

一层具有一定杂质含量的二氧化硅薄膜作为第二步扩散时的杂质源；第二步是将已沉积过的硅片在高温下进行扩散。

由于沉积,掺杂氧化膜是在400℃以下低温下完成，所以引进有害杂质Na+等以及缺陷的几率很小，因此这种方法也是完美单晶工艺（PCT）或半完美单晶工艺（1/2PCT）的重要环节之一。

（2）蒸发源扩散

采用物理气相沉积的方法，先在硅片背面蒸发上一层杂质源金，然后再放进炉中扩散。

这是开关晶体管的一道典型工艺,旨在减少晶体管集电区少子寿命，缩短储存时间，提高开关速度。

开关二极管以及双极型数字逻辑电路,生产中也普遍使用这种扩散。

（3）二氧化硅乳胶源涂布扩散

先在硅片表面涂敷一层含扩散杂质的乳胶状的源再进行扩散.这种方法只用一步扩散就可以同时达到所需的表面浓度和结深，具有浓度范围宽、高温时间短、离子沾污小、晶格完整性好的优点，同样具备PCT的工艺特征.

各种不同的扩散方法只是供源方式不同，其扩散主体系统是一样的.从设备上看，扩散与氧化的区别，差不多也只在此.因此，扩散系统装置，我们就不再介绍,以避免与氧化雷同.

第五节扩散质量及常见质量问题

扩散质量对半导体器件芯片的好坏有着决定性影响，其具体体现在表面质量、扩散结深、方块电阻和表面杂质浓度几个方面。

在第三节中我们曾经就

，R□和NS进行了较为详细的介绍，下面对有关扩散工艺中常见的一些质量问题作些简要的阐述。

一．表面不良

1．合金点：

主要原因是表面杂质浓度过高。

2．黑点或白雾：

主要是酸性沾污、水气和颗粒沾污造成的。

3．表面凸起物：

大多由较大颗粒经过高温处理后形成。

4．玻璃层：

会造成光刻脱胶。

扩散温度过高，时间过长造成。

工艺过程中要控制好扩散温度、时间以及气体流量，并保证扩散前硅片表面干净干燥。

5．硅片表面滑移线或硅片弯曲：

是由高温下的热应力引起,一般是由于进出舟速度过快、硅片间隔太小、石英舟开槽不适当等导致。

6．硅片表面划伤、表面缺损等：

通常是由于工艺操作不当产生。

二．方块电阻偏差

R□一定程度上反映了扩散到Si片中的杂质总量的多少,与器件特性密切相关。

携源N2中有较多的水份和氧气，Si片进炉前未烘干；杂质源中含水量较多,光刻没有刻干净，留有底膜,使扩散区域表面有氧化层影响了杂质扩散；扩散源使用时间过长，杂质量减少或源变质;扩散系统漏气或源蒸气饱和不充分；携源气体流量小而稀释气体流量大,使系统杂质蒸气压偏低;扩散温度偏低，扩散系数下降；扩散时间不足，扩散杂质总量不够等等原因会造成R□偏大。

相反，杂质蒸气压过大，温度偏高，时间过长会导致R□偏小。

如果在预沉积时发现R□偏大或偏小,可在再扩散时通过适当改变通干氧、湿氧的先后次序或时间来进行调整，而这正是两步法扩散的一大优点。

三．结特性参数异常

扩散工艺过程中要测单结和双结特性。

根据单结和双结测试情况及时改变工艺条件。

测单结主要看反向击穿电压和反向漏电流；测双结主要为调电流放大参数hFE。

（1）PN结的反向击穿电压和反向漏电流，是晶体管的两个重要参数；也是衡量扩散层质量的重要标准.它们是两个不同的物理概念，但实际上又是同一个东西，反向漏电大，PN结击穿电压低。

工艺中常见的不良反向击穿主要有：

表面缺陷过多或表面吸附了水份或其他离子，会使表面漏电增大。

氧化时由于清洗不好,有一些金属离子进入氧化层，如钠离子，从而增加漏电降低击穿。

二氧化硅表面吸附了气体或离子以及二氧化硅本身的缺陷如氧空位等，使得SiO2带上了电荷，形成了表面沟道效应，增大了反向漏电流。

硅片表面上沾污有重金属杂质，在高温下,很快扩散进Si片体内，沉积在硅内的晶格缺陷中，引起电场集中，发生局部击穿现象，造成很大的反向漏电流。

此外，如光刻时图形边缘不完整，出现尖峰毛刺，表面有合金点、破坏点,引起了纵向扩散不均匀，PN结出现尖峰会形成电场集中，击穿将首先发生在这些尖峰上。

因此，制造良好的扩散表面，保持表面清洁，严格清洗工艺，保证扩散系统清洁,保证气体纯度高,扩散源质量好，采用低位错密度材料，提高光刻质量或者采取吸杂工艺等，都能起到改善器件击穿特性的作用。

（2）电流放大系数hFE是晶体管，同时也是扩散层的另一个重要参数。

放大过大过小都不能满足用户要求。

影响放大的因素很多,如基区宽度，发射区与基区杂质浓度比，表面是否有沾污和复合等.减薄基区宽度能使放大提高。

提高发射区浓度,降低基区浓度，从而增大浓度梯度，可以提高注入效率，减少复合，提高放大.此外，材料中的位错密度大，有害金属杂质多，会降低少子寿命,缩短载流子扩散长度，导致放大下降。

四．扩散均匀性和重复性

现在用户对半导体器件参数要求越来越苛刻.其中重要的一点，就是参数的一致性非常好，允许的技术指标范围非常窄。

这就要求制造工艺,尤其是核心工艺扩散的均匀性、重复性要相当的好。

（1）均匀性

指同一炉硅片中一片之内和各片之间技术参数基本在一个水平上，实际生产中造成硅片不均匀的原因主要有：

a.衬底材料本身参数的电阻率等不均匀.

b。

扩散前硅片处理不好，硅片表面有局部的沾污或氧化物造成扩散进去的杂质原子的多少，结的深浅就与其他地方不一样.

c.杂质扩散系数和固溶度与温度有关，石英舟中各处的温度若有差异。

就会影响扩散结果均匀性。

d.石英舟各处的杂质蒸气压不完全相同，同样也会导致扩散结果不均匀。

（2）重复性

重复性不好是由于各次扩散过程中，炉温时间和石英管内杂质蒸气压变化较大,以及清洁处理不当造成的,为此，除了精确控制炉温和时间外,还需要设法使得石英管内的杂质蒸气压保持均衡，通常采用的方法是每天第一次扩散前将石英舟和石英管在源蒸气中饱和一定的时间，这在相当程度上可以解决重复性问题。

第四章离子注入

半导体器件工艺中，通过掺杂制造PN结，除了扩散还有其他一些方法。

如从前的点接触工艺、合金烧结工艺,以及前面讲过的异质外延工艺等都是。

再有就是我们将要介绍的，现在生产中普遍应用的一种叫离子注入的工艺。

第一节离子注入原理

所谓“离子注入"，就是利用高能粒子轰击掺杂的杂质原子或分子，使之电离，再加速到一定能量,使其直接射入半导体硅片内部,即“注入"到硅器件中，然后经过退火使杂质激活，达到掺杂的目的，形成PN结。

杂质浓度和结深由杂质离子注入量和注入深度决定。

离子注入过程是一种平衡过程，高能离子进入靶后不断与原子核及其核外电子碰撞逐步损失能量,最后停止下来.停下来的位置是随机的,离子注入的掺杂作用与扩散的物理过程是完全不同的.扩散是一种与温度有关的物理现象；而离子注入则依赖于离子运动的能量大小。

第二节注入杂质分布

用离子注入法在Si片内部形成的杂质分布,与扩散法形成的杂质分布有很大不同,如图4－2所示.用扩散法获得的杂质分布通常为余误差函数分布或高斯分布。

而用离子注入法形成的杂质分布，其浓度最大值不在硅片表面，而是在深入到Si体内一段距离的地方。

这段距离的大小与注入离子能量大小有关。

离子注入剂量（即表面处单位面积内包含的杂质离子数目）与注入的离子流的电流密度（通常称为束流密度）的大小及注入时间的长短有关。

在有掩蔽介质存在的情况下，离子注入的杂质分布近似扩散再分布后的高斯函数分布。

其近似程度取决于掩蔽介质的厚度及注入离子能量的大小.在图4－3中画出了二氧化硅作掩蔽膜时，注入杂质在硅内的高斯分布曲线.

第三节注入损伤和退火

应用离子注入法制造PN结有很好的工艺可控性和重复性。

但是经过离子注入的硅片表面会产生注入损伤，须进行退火加以消除。

一．注入损伤

高能粒子注入硅靶体内时与硅原子核发生碰撞，并把能量传输给硅靶原子.当硅靶原子能量足够大时，可使靶原子发生位移。

当位移原子的能量较大时，还可使其它硅原子发生位移，从而形成一个碰撞与位移的级连，在硅中形成无数空位和间隙原子。

这些缺陷的存在使半导体中载流子的迁移率减小,少子寿命缩短，因而影响器件的性能。

二．退火工艺

消除离子注入损伤的办法是退火。

在N2保护下，使Si片在一定温度下保持一定时间，促使微观缺陷区下面未受损伤的硅单晶“外延生长”,从而使微观损伤区的晶体复原,习惯上把这种热处理过程称为“退火”.

退火除了有消除微观损伤区的作用外，还可以使那些注入硅中的杂质离子进入替代硅原子的位置，成为电活性杂质离子，从而起到受主或施主的作用。

退火温度与注入剂量有关

退火工艺除了普通热退火,还有激光退火、电子束退火、离子束退火以及非相干退火等.

第四节离子注入设备

离子注入总体结构：

离子源分析器→加速管→扫描器→靶室

一．离子源

放电管里的少量自由电子在电磁场作用下获得足够能量后撞击分子或原子,使它们电离成离子，再经过吸收极吸出，由初聚焦系统聚成离子束，射向磁分析器。

二．磁分析器

位于高压端的磁分析器利用不同荷质比的离子在磁场作用下运动轨迹的不同将离子分离，选出所需的杂质离子。

被选离子束通过可变狭缝进入加速管.

三．加速管

加速管一端接高压，一端接地，形成一个静电场.离子在静电场作用下，被加速到所需要的能量。

四．聚焦和扫描系统

离子束离开加速管后进入控制区。

先由静电聚焦透镜使其聚焦，再进行X、Y方向扫描，然后进入偏转系统，束流被偏转后注入到靶上。

偏转的目的是为了使束流传输过程中产生的中性粒子流不会到达靶上。

五．靶室和后台处理系统

包括测量电荷的法拉第杯，全自动装片和卸片机构及控制电流和总电量的微机。

离子注入机电器部件很多，为提高控制精度，控制系统全是由电脑操作。

六．真空系统

离子束必须在真空中加速以便积累能量，离子注入机整个就是一个真空系统，通常离子注入机除了有供离子通行的主管道外，还配备一套抽气设备（真空泵组）、测量设备及其它附属设备。

离子注入机真空度一般要达到（10-5~10-6）×133.3Pa。

下面是现在生产中正在使用的一种进口型号离子注入机，反应腔体和真空系统示意图：

第五节离子注入的应用

离子注入技术迅速发展是半导体器件集成电路发展的需要。

它具有一般热扩散不具备的优势。

一般深结高浓度器件适用扩散工艺;而浅结低浓度对于热扩散就只能是勉为其难了.而这正是离子注入的强项，它能充分保证结深的一致性、重复性，从而确保器件参数的一致性，尤其是hFE放大对档率。

一．离子注入工艺

用于双极型晶体管制造，可使基区变薄,结电容及发射极电阻变小.因而可以提高截止频率，增加开关速度，降低微波管的噪声。

二．集成注入

逻辑电路（I2L）采用离子注入,适当调整发射区、基区浓度分布，可大大提高速度，降低功耗。

三．用于MOSFET可有效调整开启电压；用于自对准掺杂,可减小栅与源漏的电容，提高速度。

尤其适于制造短沟道器件。

四．CMOS电路中应用，可控制开启，提高速度，降低功耗.

五．用来制造PN结二极管，可做出分布很陡的PN结，并能严格控制结深。

六．肖特基势垒二极管采用离子注入，能精确地控制势垒高度.

七．在太阳能电池制造中，用磷离子注入到高阻P－Si（多晶硅）上产生一层很浅的N+层,有利于少子复合，大大提高能量转换率.

八．变容二极管用离子注入制造一个超变结，可以得到各种形状杂质剖面分布，得到各种C－V特性曲线。

总而言之，需要严格控制杂质浓度和分布的器件，采用离子注入工艺都能得到很大的技术效益。

特别应当提出的是，离子注入没有横向扩散，因此,用来做细线条分立器件和大面积高集成电路尤为适宜。

＊**

离子注入与热扩散现在是半导体器件生产中普遍采用的两种常规PN结制造