芯片制造——半导体离子注入技术与设备

宣传点1：基础理论与研发实例紧密结合，系统性讲解半导体离子注入设备的工作原理与工艺架构。
宣传点2：全面介绍典型离子源与加速器、束流传输与扫描系统、掩膜与机台集成设计，以及电荷状态控制、能量与剂量精度校准、热与机械稳定性保障等技术。
作者介绍，陈译，男，厦门理工学院教授，获得日本国立琉球大学电气电子工学专业博士学位，厦门市双百人才，于2010年4月进入日本三垦电气株式会社，从事功率半导体器件（IGBT、MOSFET、SiC SBD、SiC MOSFET）的研发与产业化，经历了先进功率半导体产业和技术发展的重要过程，参与或领导团队研发了30个品种以上的功率器件并实现产业化。其主持研制的IGBT、MOSFET芯片已卖出数百万片（其中IGBT芯片主要供货给格力电器），总产值超过20亿日元。截止目前，拥有授权和受理发明专利50余项，实用新型专利10余项，发表科研论文15篇。在我社出版的《芯片制造——半导体工艺与设备》累计销量超过12000余册。

本书围绕离子注入展开系统介绍，第1章为绪论，用于奠定知识基础，后续章节依次介绍离子注入的应用（涵盖在器件、芯片等先进制造工艺等场景）、分布规律、存在的缺陷与修复手段，还对离子注入的技术开拓与拓展应用做了介绍。同时，本书详细剖析了离子注入设备系统，从系统概览与构造发展，到核心部件、相关技术，再到辅助部件、原材料，最后以实例呈现离子注入设备的应用，全方位展现了离子注入技术的知识体系。

本书适合材料科学、半导体技术等领域的科研人员阅读，可助力其深入研究离子注入技术的原理与应用。本书也适合电子制造、器件研发等行业的工程技术人员阅读，可辅助其掌握设备的构造与实际运用。对于高等院校材料、微电子、集成电路等专业的师生，本书可作为教学与学习参考资料，帮助构建系统性的离子注入知识体系。

陈译，男，厦门理工学院教授，获得日本国立琉球大学电气电子工学专业博士学位，厦门市双百人才，于2010年4月进入日本三垦电气株式会社，从事功率半导体器件（IGBT、MOSFET、SiC SBD、SiC MOSFET）的研发与产业化，经历了先进功率半导体产业和技术发展的重要过程，参与或领导团队研发了30个品种以上的功率器件并实现产业化。其主持研制的IGBT、MOSFET芯片已卖出数百万片（其中IGBT芯片主要供货给格力电器），总产值超过20亿日元。截止目前，拥有授权和受理发明专利50余项，实用新型专利10余项，发表科研论文15篇。

前言
第1章绪论
1.1离子注入原理的提出：肖克利的远见2
1.2离子注入技术的发展历程2
1.320世纪70年代围绕实用化展开的争论3
第2章离子注入技术的应用
2.1离子注入技术在现代半导体制造中的核心地位5
2.2为何从离子注入角度理解VLSI工艺更直观5
2.3离子注入技术在VLSI中的商用化6
2.4微量掺杂也能精准控制7
2.5利用光阻实现选择性注入8
2.6注入深度只需靠电压就能轻松控制9
2.7任何离子均可注入10
2.8聚焦离子束（FIB）技术11
第3章离子注入的分布
3.1离子注入Kinchin-Pease简化模型14
3.2离子注入损伤的最终形态：非晶态15
3.3敲击（Knock-on）效应17
3.4离子注入分布的预测与计算18
3.5通道效应33
第4章离子注入的缺陷与修复
4.1热处理下离子注入缺陷的修复47
4.2形成易于恢复的非晶态层49
4.3快速的晶体再生长现象51
4.4结晶面取向对再结晶生长速度的影响53
4.5杂质对再结晶生长速度的影响55
4.6分子离子的活跃57
4.7分子离子的解离难题58
4.8电荷损失问题与多价离子61
4.9无法彻底消除的缺陷61
第5章离子注入的相关评价与拓展应用
5.1离子注入的各种相关评价方法65
5.2大入射角度下产生的表面反射问题66
5.3意外顽固的氧原子68
5.4原子半径差异引发的硅材料缺陷69
5.5电气激活的浓度极限70
5.6离子注入在LSI以外的应用72
5.7激光热处理72
5.8利用离子束的分析测定73
第6章离子注入在器件上的应用
6.1PN结的形成与离子注入工艺78
6.2注入量与方块电阻的反相关81
6.3对漏电流产生影响的缺陷82
6.4高温热处理可以降低漏电流84
6.5再结晶化的“碰撞”导致的缺陷85
6.6阈值电压控制：离子注入的最初应用86
6.7离子注入次数的演变：从成本控制到功能优先87
6.8CMOS和双极型LSI工艺中常用的离子注入种类88
6.9硅芯片制造中作为主角的注入离子：磷、砷和硼90
6.10提高器件可靠性的LDD技术91
6.11砷离子的质量大约是硼离子的7倍：LSI制造中的离子
注入挑战92
第7章离子注入在先进制造工艺上的应用
7.1为什么需要高能量离子注入95
7.2为什么需要超低能量离子注入96
7.3什么是反梯度阱98
7.4掩膜ROM用高能量离子注入“一步到位”99
7.5高能量离子注入中的吸杂效应100
7.6低能量离子注入中的表面溅射现象101
7.7超高电阻的控制（SRAM应用）102
7.8沟槽注入在器件中的应用实例（1）104
7.9沟槽注入在器件中的应用实例（2）107
7.10MOS管的非对称性注入110
7.11LATID工艺的开发110
7.12多晶硅中的通道效应112
第8章离子注入设备概略
8.1离子注入系统简介115
8.2离子注入设备的类型及应用122
8.3工艺节点微缩对掺杂深度与浓度控制的挑战125
8.4离子注入设备价格趋势127
8.5超高能量离子注入机128
第9章离子注入设备系统构造的发展
9.1离子注入设备的历史133
9.2离子注入设备的技术改进方向133
9.3离子注入设备的结构组成和功能134
9.4离子注入设备中的DECEL模式136
9.5离子注入设备内部的高真空系统138
9.6离子注入设备：在半导体设备中的“重量级”地位139
9.7离子注入设备：在半导体设备中的“最复杂”地位141
9.8离子注入设备的问题与今后的要求143
第10章离子注入设备核心部件与相关技术
10.1离子注入设备中的高压电源147
10.2离子注入设备中的质量分析148
10.3离子注入设备高压终端的供电与控制149
10.4离子注入设备中的X射线防护技术150
10.5法拉第杯测量技术151
10.6晶圆表面的扫描技术152
10.7静电扫描精细控制153
10.8束流收束的镜头组技术154
10.9束流收束与充电破坏问题155
10.10实现平行束流注入的技术156
10.11平行束流注入推动设备日益复杂化157
10.12高电压风险与电荷积累抑制技术160
10.13加速管前的真空泵的作用162
10.14高浓度离子注入技术的发展162
10.15超高电流离子注入技术163
10.16吞吐量优化技术164
10.17晶圆搬运优化技术165
10.18离子注入设备中的双平台优化技术167
第11章离子注入设备的辅助部件及原材料
11.1冷却媒介从卤代烃到超纯水的转变170
11.2离子源的原理与发展171
11.3离子源的内部温度173
11.4各类离子所用的源气体与材料174
11.5制备硼离子束时不用B2H6，而用BF3176
11.6极其危险的材料177
11.7通过传动带搬运电荷产生高压178
11.8高能离子注入设备需用厚铅层屏蔽X射线179
11.9使用磁铁消除逆加速电子180
11.10交叉污染问题日益严峻180
11.11FIB分析装置的应用示例181
第12章离子注入设备应用实例
12.1应用实例(1)184
12.2应用实例(2)192
12.3应用实例(3)196