Varian Extrion 220 E220 离子注入机技术分析

一、设备概述

二、核心技术参数

1. 离子束性能

• 能量范围：10-200keV（单电荷离子），支持硼（B+）、磷（P+）、砷（As+）等掺杂离子

• 束流强度：

  
  

• P+：1600μA@200keV

• As+：1200μA@200keV

• B+：900μA@200keV

• 质量分析能力：M/△M≥85（≥100kV），确保杂质离子纯度

2. 晶圆处理能力

• 晶圆尺寸：200mm（8英寸），支持 cassette-to-cassette自动化传输

• 注入均匀性：片内±0.5%（1σ），片间±0.5%（1σ）

• 颗粒污染：＜0.1 个/cm²@0.2μm

• 处理效率：160片/小时（10次扫描模式）

3. 系统配置

• 真空系统：

  
  

• 离子源真空度：3×10⁻⁶ Torr

• 靶室真空度：5×10⁻⁶ Torr

• 注入角度：0-60°可调，支持倾斜注入以抑制沟道效应

• 控制系统：Varian VCS系统，支持Recipe存储与自动调用

三、应用场景

1. 半导体掺杂工艺

• 逻辑器件：CMOS晶体管源漏区P+注入，形成浅结（结深0.1-1μm）

• 存储器件：DRAM字线/位线N+掺杂，提升存储单元开关速度

• 功率器件：IGBT的P阱注入，控制阈值电压（Vth）

2. 工艺兼容性

• 低能注入：10keV下实现超浅结（USJ）掺杂，适用于先进FinFET结构

• 高剂量注入：支持5E14 ions/cm²剂量，满足功率器件阱区掺杂需求

四、技术优势与局限性

优势：

1. 剂量精准控制：采用法拉第杯实时监测束流，剂量重复性±0.5%

2. 自动化集成：与Fab自动化系统无缝对接，支持HSMS协议

3. 工艺成熟度：200mm产线验证案例丰富，二手设备市场保有量大

局限性：

1. 晶圆尺寸限制：仅支持200mm，无法满足300mm先进制程需求

2. 高能拓展不足：最大能量200keV，难以覆盖功率器件深结注入（需 MeV级）

3. 维护成本：离子源寿命约80小时，更换周期较短

五、市场定位与替代方案

• 主要用户：中芯国际、华虹半导体等成熟制程晶圆厂

• 替代型号：

  
  

• 升级选项：应用材料 VIISta HCS（300mm兼容）

• 竞品方案：Axcelis Optima HD（中束流注入机）

数据来源：

• Varian官方技术规格文档（Extrion 220 Series Datasheet）

• 二手设备平台CAE Online配置清单

• 半导体工艺期刊《Microelectronic Engineering》应用案例