soc工藝ch6離子注入

1、P1微電子制造工藝概論第6章 離子注入P26.1概述6.2離子注入原理 6.3注入離子在靶中的分布6.4注入損傷6.5退火 6.6離子注入設(shè)備與工藝 6.7離子注入的其它應(yīng)用本章主要內(nèi)容P3離子注入（離子注入（Ion Injection Tehnique）：離化后的原子在強電場的加速作用下，注射進入靶材料的表層，以改變這種材料表層的物理或化學(xué)性質(zhì)。 離子注入的基本過程離子注入的基本過程： 將某種元素的原子或攜帶該元素的分子經(jīng)離化變成帶電的離子； 在強電場中加速，獲得較高的動能； 注入材料表層（靶）以改變這種材料表層的物理或化學(xué)性質(zhì)；6.1概述P4離子注入特點：注入元素通過質(zhì)量分析器選取，純度高

2、，能量單一；各種雜質(zhì)濃度分布與注入濃度可通過精確控制摻雜劑量（1011-1017 cm-2）和能量（5-500 keV）來達到；同一平面上雜質(zhì)摻雜分布非常均勻（8寸晶圓1%變化）；低溫過程（因此可用多種材料作掩膜，如金屬、光刻膠、介質(zhì)）；避免了高溫過程引起的熱擴散；易于實現(xiàn)對化合物半導(dǎo)體的摻雜；離子注入深度隨離子能量增加而增加，摻雜深度可以通過控制離子束的能量高低來實現(xiàn)；非平衡過程，不受固溶度限制，可做到淺結(jié)低濃度 或深結(jié)高濃度；橫向效應(yīng)比氣固相擴散小得多，有利于器件尺寸的縮??；可防止玷污，自由度大；容易實現(xiàn)對化合物半導(dǎo)體的摻雜；會產(chǎn)生缺陷，甚至非晶化，必須經(jīng)高溫退火加以改進;6.1概述P5離

3、子注入過程是一個非平衡過程，高能離子進入靶后不斷與原子核及其核外電子碰撞，逐步損失能量，最后停下來。停下來的位置是隨機的，大部分不在晶格上，因而沒有電活性。6.1概述P6射程R（range）: 離子從進入靶起到停止點所通過路徑的總距離R。 投影射程xp（projected range）：射程 R在入射方向上的投影。射程橫向分量xi：射程在垂直于入射方向的平面內(nèi)的投影長度。6.2.1與注入離子分布相關(guān)的幾個概念P76.2.1與注入離子分布相關(guān)的幾個概念平均投影射程Rp：所有入射離子投影射程的平均值。標(biāo)準(zhǔn)偏差Rp ：投影射程離子濃度的統(tǒng)計波動。橫向標(biāo)準(zhǔn)變差R：垂直于入射方向離子濃度的統(tǒng)計波動。P8

4、 1963年，Lindhard, Scharff and Schiott首先確立了注入離子在靶內(nèi)分布理論，簡稱 LSS理論理論。 LSS理論對在非晶靶非晶靶中注入離子的射程分布的研究。 該理論認為，注入離子在靶內(nèi)的能量損失分為兩個彼此獨立的過程： (1) 核碰撞（nuclear stopping）； (2) 電子碰撞 （electronic stopping） 總能量損失為兩者之和。6.2.2離子注入相關(guān)理論基礎(chǔ) P9 核碰撞：能量為E的一個注入離子與靶原子核碰撞，離子能量轉(zhuǎn)移到原子核上，結(jié)果將使離子改變運動方向，而靶原子核可能離開原位，成為間隙原子核，或只是能量增加。 核阻止本領(lǐng)：能量為E的

5、注入離子在單位密度靶內(nèi)運動單位長度時，損失給靶原子核的能量。離子在其運動路徑x處的能量為E，核阻止本領(lǐng)Sn(E)定義為兩球之間的碰撞距離，兩球之間的碰撞距離，即碰撞參數(shù)即碰撞參數(shù)pr1+r26.2.2離子注入相關(guān)理論基礎(chǔ) 核碰撞 nndESEdxP10r兩粒子之間的距離；Z1，Z2 兩粒子原子序數(shù)；考慮電子屏蔽時離子與靶核之間相互作用勢函數(shù)：212M2202124MM1TM UE2(MM )212Z Z( )qV rr實際上入射離子與靶原子之間存在吸引或排斥力引起的勢函數(shù)，忽略外圍電子屏蔽作用，注入離子與靶內(nèi)原子之間電荷作用力對應(yīng)的勢函數(shù)為：注入離子與靶內(nèi)原子之間彈性碰撞，動量和能量守恒，當(dāng)p

6、=0時發(fā)生正面碰撞，轉(zhuǎn)移給M2的最大能量：6.2.2離子注入相關(guān)理論基礎(chǔ) 核碰撞212ZZ V( )qrrfra 電子屏電子屏蔽函數(shù)蔽函數(shù)P11能量損失率與離子能量的關(guān)系能量損失率與離子能量的關(guān)系托馬斯托馬斯費米費米屏蔽函數(shù)屏蔽函數(shù)rrf最簡屏蔽函數(shù)最簡屏蔽函數(shù)6.2.2離子注入相關(guān)理論基礎(chǔ) 核碰撞r由零變?yōu)闀r，電子屏蔽函數(shù)由1變?yōu)榱恪Ｗ詈唵蔚钠帘魏瘮?shù)：f（r/a）=a/r；更精確的屏蔽函數(shù)：托馬斯費米屏蔽函數(shù)；考慮電子屏蔽時離子與靶核之間相互作用勢函數(shù)：低能量時核阻止本領(lǐng)隨能量的增加呈線性增加；而在某個中等能量達到最大值；在高能量時，快速運動的離子沒有足夠的時間與靶原子進行能量交換，所以核阻

7、止本領(lǐng)變??；離子剛進入靶時（能量大），核阻止的能量損失較低；隨著能量減小，能量損失率增大，經(jīng)過一個極大值之后，能量損失率又下降，最后完全損失而停止在靶內(nèi)某一位置。P12 電子碰撞指的是注入離子與靶內(nèi)白由電子以及束縛電子之間的碰撞。 注入離子和靶原子周圍電子云通過庫侖作用，使離子和電子碰撞失去能量，而束縛電子被激發(fā)或電離，自由電子發(fā)生移動。瞬時地形成電子-空穴對。定義電子的阻止本領(lǐng)Se(E)為： 電子的阻止本領(lǐng)與入射離子的速度成正比，即 eedxdEESEeeSECvk6.2.2離子注入相關(guān)理論基礎(chǔ) 電子碰撞P13 nedESESEdxdE/dx：能量損失梯度；E：注入離子在其運動路程上任一點x

8、處的能量；Sn(E)：核阻止本領(lǐng)；Se(E)：電子阻止本領(lǐng)；單位路程上注入離子由于核阻止Sn(E)和電子阻止Se(E) 所損失的能量，總能量損失為兩者的和。6.2.2離子注入相關(guān)理論基礎(chǔ)P14As,P,B在硅中核、電子阻止本領(lǐng)與能量關(guān)系計算值在硅中核、電子阻止本領(lǐng)與能量關(guān)系計算值6.2.3 幾種常用雜質(zhì)在硅中的核阻止本領(lǐng)與能量關(guān)系硼離子交叉點能量為10keV，主要通過電子阻止機構(gòu)消耗能量；砷離子交叉點能量為700keV，主要通過核阻止機構(gòu)消耗能量；磷離子交叉能量為130keV，小于該值核中止其主要作用，大于該值電子中止起主要作用 ；P15低能區(qū)低能區(qū)中能區(qū)中能區(qū)高能區(qū)高能區(qū)核阻止本領(lǐng)和電子阻止

9、本領(lǐng)曲線核阻止本領(lǐng)和電子阻止本領(lǐng)曲線(1)低能區(qū)：核中止能力隨能量呈線性關(guān)系增加，Sn(E)占主要地位，Se(E)可忽略；(2)中能區(qū)：Sn(E)和Se(E)同等重要；(3)高能區(qū)：離子沒有足夠時間與靶原子進行能量交換，Se(E) 占主要地位， Sn(E) 可忽略；6.2.3 幾種常用雜質(zhì)在硅中的核阻止本領(lǐng)與能量關(guān)系P16 注入離子在靶內(nèi)受到的碰撞是隨機的，所以雜質(zhì)分布也是按幾率分布的。 離子進入非晶層（穿入距離）的分布接近高斯分布。 設(shè)注入離子的初始能量為E0，從進入靶面到靜止時所經(jīng)過的總距離RRp p：投影射程的標(biāo)準(zhǔn)偏：投影射程的標(biāo)準(zhǔn)偏差差RR：橫向離散：橫向離散6.3注入離子在靶中的分布

10、縱向分布000)()(EenRESESdEdxRP17211pRRbMMPPRMMMMR212132R與投影射程RP和投影標(biāo)準(zhǔn)偏差RP之間關(guān)系b E 和R 的緩慢變化函數(shù)M1M2; b=1/36.3注入離子在靶中的分布縱向分布離子注入的實際濃度分布用高斯函數(shù)表示21( )exp22pTppxRQn xRRQT為注入劑量（單位面積注入的離子數(shù)）P18高斯分布只在峰值附近與實際分布符合較好max()2TppQn RNRmax2TpQNR6.3注入離子在靶中的分布縱向分布QT為注入劑量為： 投影射程和偏差隨著能量的增加而增加； 同一元素的兩種偏差RP和R之間差別不大 ； 大多數(shù)的摻雜元素在硅中的投影

11、射程比在砷化鎵中大。P19例例：設(shè)向直徑200mm的硅晶片中注入能量為100keV的硼離子，注入劑量為51014離子數(shù)/cm2 。求峰值濃度，若注入在1分鐘內(nèi)完成，求離子束流大小。解解：由圖中數(shù)據(jù)得到投影射程和投影偏差為0.31um和0.07um。由式(1)雜質(zhì)的高斯分布函數(shù)： 2TPPQ1exp2R2RpxRn x（）由此得到x=Rp時，n(x)取得最大值2.851019離子數(shù)/cm2 注入離子總數(shù)：214175 1020/21.57 10Qatoms 離子束流：19171.6 101.57 100.4260qQImAt離子中止max()2TppQn RNRP20 橫向效應(yīng)指的是注入離子在垂

12、直于入射方向平面內(nèi)的分布情況。 假定掩膜窗口寬為2a，窗口區(qū)域為(-a, +a)內(nèi)，在掩膜窗口的內(nèi)側(cè)，例子濃度較窗口中央有所減少；而在掩膜窗口邊緣，離子濃度降低至最大值一半；距離大于+a或小于-a時，各處濃度按余誤差分布6.3注入離子在靶中的分布橫向效應(yīng)P212222222321exp)2(1),(pppRRxZzYyZYRzyxf6.3注入離子在靶中的分布橫向效應(yīng)P2235 keV As注入注入120 keV As注入注入橫向效應(yīng)影響MOS晶體管的有效溝道長度6.3注入離子在靶中的分布橫向效應(yīng)P23110111100傾斜旋轉(zhuǎn)硅片后的無序方向傾斜旋轉(zhuǎn)硅片后的無序方向1.8 溝道（滲透）效應(yīng)(C

13、hanneling effect )：襯底為單晶材料，當(dāng)離子束準(zhǔn)確的沿著晶格方向注入時，幾乎不會受到原子核的碰撞，因此來自靶原子的阻止作用要小的多，注入深度大于在無定型靶中的深度，其縱向分布峰值與高斯分布不同。6.3.3單晶靶中的溝道效應(yīng)P24 09.73itCz zE d硅中常用雜質(zhì)發(fā)生溝道效應(yīng)的臨界角（對每種雜質(zhì)，上面曲線表示111襯底，下面對應(yīng)100襯底）6.3.3單晶靶中的溝道效應(yīng) (a)離子A以大于c的方向入射，與晶格原子發(fā)生嚴(yán)重的碰撞； (a)離子B以稍小于c的方向入射，在溝道中受到較大的核碰撞損失能量； (a)離子C以遠小于c的方向入射，在溝道中很少受到原子核碰撞； (b)離子A

14、沿晶軸位置入射，容易和晶格原子碰撞，不易進入溝道； (b)離子B稍遠離晶軸位置入射，受到核碰撞在兩個晶面間振蕩； (b)離子C遠離晶軸位置入射，很少受到原子核的碰撞。臨界角：P25減小離子溝道效應(yīng)的方法： 非晶表面阻擋層：在表面生長一層純二氧化硅薄膜，此膜層使得離子入射方向隨機化，造成離子以不同的角度進入晶片，以減小溝道效應(yīng)。 晶片偏離晶向：把晶片表面偏離主平面5到10。大部分離子注入機使晶片傾斜7，并使主平面扭曲22來防止離子溝道效應(yīng)。 在晶片表面設(shè)置破壞層：采用硅和鍺的重離子注入給晶片表面造成預(yù)損區(qū)，在晶片表面形成一個結(jié)構(gòu)隨機化的膜層。6.3.3單晶靶中的溝道效應(yīng)P26晶格損傷：高能離子注

15、入硅片后與靶原子發(fā)生一系列碰撞，可能使靶原子發(fā)生位移，被位移原子還可能把能量依次傳給其它原子，結(jié)果產(chǎn)生一系列的空位間隙原子對及其它類型晶格無序的分布。這種因為離子注入所引起的簡單或復(fù)雜的缺陷統(tǒng)稱為晶格損傷。6.4注入損傷P27注入離子通過碰撞把能量傳遞給靶原子核及其電子的過程，稱為能量淀積過程。能量淀積有彈性碰撞（入射離子能量較低）和非彈性碰撞（入射離子能量較高）兩種形式。移位原子：因碰撞而離開晶格位置的原子。移位閾能Ed：使一個處于平衡位置的原子發(fā)生移位，所需的最小能量。 (對于硅原子, Ed15eV)碰撞中，當(dāng)轉(zhuǎn)移能量2EdEEd時，只能使一個靶原子位移；若移位原子能量2Ed時，移位原子再

16、碰撞其它原子，使其它原子再位移，這種現(xiàn)象稱級聯(lián)碰撞。6.4.1級聯(lián)碰撞P28質(zhì)量較靶原子輕的離子傳給靶原子能量較小，被散射角度較大，只能產(chǎn)生數(shù)量較少的位移靶原子，因此，注入離子運動方向的變化大，產(chǎn)生的損傷密度小，不重疊，但區(qū)域較大。呈鋸齒狀。重離子每次碰撞傳輸給靶的能量較大，散射角小，獲得大能量的位移原子還可使許多原子移位。注入離子的能量損失以核碰撞為主。同時，射程較短，在小體積內(nèi)有較大損傷。重離子注入所造成的損傷區(qū)域小，損傷密度大。6.4.2簡單晶格損傷P296.4.3非晶化層的形成注入離子引起的晶格損傷有可能使晶體結(jié)構(gòu)完全破壞變?yōu)闊o序的非晶層。與注入劑量的關(guān)系注入劑量越大，晶格損傷越嚴(yán)重；

17、臨界劑量：使晶格形成連續(xù)非晶層的注入劑量；注入離子的質(zhì)量越小，臨界劑量越大；與靶溫關(guān)系與注入離子能量關(guān)系；與注入離子劑量率之間關(guān)系；與晶體取向的關(guān)系；與注入速度的關(guān)系 ；P30退火：將離子注入后的樣品進行熱處理，以消除輻射損傷，激活注入雜質(zhì)，恢復(fù)晶體的電性能。具體工藝：在某一高溫下保持一段時間，使雜質(zhì)通過擴散進入替位，有電活性；并使晶體損傷區(qū)域”外延生長”為晶體，恢復(fù)或部分恢復(fù)硅的遷移率，少子壽命。6.5退火 P31退火的目的 去除由注入造成的損傷，讓硅晶格恢復(fù)原有完美晶體結(jié)構(gòu) 讓間隙雜質(zhì)進入電活性位置替位位置。 恢復(fù)電子和空穴遷移率。注意：退火過程中應(yīng)避免大幅度的雜質(zhì)再分布6.5退火 P32

18、 一定溫度下，通常在Ar、N2或真空條件下，熱處理； 退火溫度/時間/方式取決于注入劑量，靶溫及非晶層的消除等不同條件而定。 修復(fù)晶格：退火溫度600 oC以上，時間最長可達數(shù)小時； 雜質(zhì)激活：退火溫度650900 oC，時間1030分鐘；特點： 方法簡單 不能全部消除缺陷 對高劑量注入激活率不夠高 雜質(zhì)再分布6.5.1硅材料的熱退火特性P33劑量對退火的影響劑量對退火的影響 QT低，簡單損傷，在較低溫度下退火就可以消除。QT=1013cm2，T 300 退火，缺陷基本上消除； QT增大，形成非晶區(qū)，T400退火，Si中無序群才開始分解，Sb激活率只有20-30，非晶區(qū)的重新結(jié)晶要在550-6

19、00 。在此溫度Si也隨著結(jié)晶形成而進入晶格，被電激活。 重結(jié)晶常伴有位錯環(huán)產(chǎn)生，低于800位借環(huán)的產(chǎn)生隨溫度升高而增加。 非晶區(qū)在重新結(jié)晶時，在新結(jié)晶區(qū)與原晶體區(qū)的交界面可能發(fā)生失配現(xiàn)象。6.5.1硅材料的熱退火特性P346.5.2硼的退火 150keV硼以三種不同劑量注入硅的退火溫度與電激活比例（自由載流子和注入劑量的比）； 低劑量情況點激活比例隨著溫度的升高而單調(diào)增大； 高劑量退火特性與溫度變化分為三個溫度區(qū)； I區(qū)（500 以下），無規(guī)則分布的點缺陷控制自由載流子濃度，溫度升高，移動能力加強。 II區(qū)（500600 ），點缺陷通過重新組合或結(jié)團，凝聚為位錯環(huán)等缺陷團，降低其能量。 II

20、I區(qū)（600 以上），替位硼濃度隨著溫度的上升而增加。P356.5.3磷的退火 實線為非晶層退火，虛線為損傷去不是非晶層的退火； 低劑量時，磷的退火與硼相似； 高劑量時，形成的無定型層出現(xiàn)不同的退火機理。對所有高劑量的注入，基本適合退火溫度僅600 ，此時在單晶層上發(fā)生無定型的固相外延，此溫度低于非無定形的退火溫度。P366.5.4高溫退火引起的雜質(zhì)再分布退火時間為退火時間為35分鐘分鐘 熱退火溫度相對于擴散的溫度低很多。對于雜質(zhì)來說，擴散系數(shù)很小，雜質(zhì)擴散很慢。但是，對注入?yún)^(qū)雜質(zhì)，注入離子造成晶格損傷使硅內(nèi)的空位密度比熱平衡時晶體的空位密度大得多，增強了擴散效應(yīng)。 稱熱退火過程中的擴散為增強

21、擴散。B、P等在Si中的慢擴散雜質(zhì)是通過空穴進行擴散的，其擴散系數(shù)與空穴數(shù)成正比，而離子注入增加了空位，因而擴散系數(shù)增大導(dǎo)致擴散增強。P376.5.5 二次缺陷退火后可能發(fā)生由幾個簡單損傷的再結(jié)合而形成復(fù)雜的損傷，即退火后往往留下所謂二次缺陷。二次缺陷可以影響載流子的遷移率、少數(shù)載流子壽命及退火后注入原子在晶體中的位置等，因而直接影響半導(dǎo)體器件的特性。二次缺陷： 黑點、各種位錯環(huán)、桿狀缺陷、層錯以及位錯網(wǎng)；表6-4的幾個主要結(jié)論：桿狀缺陷只在以較低劑量注入B及Ne時發(fā)生；注入劑量增大時，對所有離子都會發(fā)生小環(huán)，隨退火溫度升高而轉(zhuǎn)變?yōu)槲诲e；極高注入劑量時發(fā)生高度不規(guī)則結(jié)構(gòu)。P38快速退火（Rap

22、id Thermal Annealing，RTA）方法脈沖激光法：利用高能量密度的激光束輻射退火材料表面，從而引起被照區(qū)域的溫度瞬間升高，達到退火的效果。連續(xù)波激光法：固-固外延再結(jié)晶的過程，樣品不發(fā)生熔化，時間極短，注入雜質(zhì)分布幾乎不受影響。電子束退火：利用電子束照射損傷區(qū)域通過固相或液相外延過程，使非晶區(qū)轉(zhuǎn)換為晶區(qū)。寬帶非相干光源：主要用鹵燈火高頻加熱的方式。其設(shè)備簡單、生產(chǎn)效率高，沒有光的干涉效應(yīng)，又能保持快速退火。發(fā)展趨勢：盡可能地降低熱處理溫度和熱處理時間以控制原子運動。6.5.6 退火方式及快速熱處理技術(shù)P396.5.6 退火方式及快速熱處理技術(shù)P406.5.6 退火方式及快速熱處

23、理技術(shù)（Rapid thermal processing，RTP）是將晶片快速加熱到設(shè)定溫度，進行短時間快速熱處理的方法，熱處理時間10-3-102s。過去幾年間，RTP已逐漸成為微電子產(chǎn)品生產(chǎn)中必不可少的一項工藝，用于快速熱氧化（RTO）、離子注入后的退火、金屬硅化物的形成和快速熱化學(xué)薄膜淀積。 P41RTP的特點RTP系統(tǒng)采用輻射熱源對單片加熱，溫度測控由高溫計完成；RTP工藝使用范圍很廣，控溫在2001300之間，升、降溫速度為20250/秒，還可以控制工藝氣體，可完成復(fù)雜的多階段熱處理工藝。用RTP取代常規(guī)熱處理工藝避免了Si中雜質(zhì)再分布，還縮短工藝周期。6.5.6 退火方式及快速熱處

24、理技術(shù)P42RTP系統(tǒng) 利用多排鹵化鎢燈對Si片進行加熱，Si片旋轉(zhuǎn)； 自動載片控制和精確的溫度控制； 工藝的全程控制，實時圖形曲線顯示，實時工藝參數(shù)采集、顯示和分析。 AG4100 6.5.6 退火方式及快速熱處理技術(shù)P436.6離子注入設(shè)備與工藝 離子注入設(shè)備用來加速離子，使它們能穿透硅晶體到達幾微米的深度。離子注入系統(tǒng)可分為6個主要部分：離子源，磁分析器，加速器，掃描器，偏速板和靶室。P44離子注入離子注入是將含所需雜質(zhì)的化合物分子（如BCl3、BF3）電離為雜質(zhì)離子后，聚集成束用強電場(5-500KeV)加速，使其成為高能離子束，直接轟擊半導(dǎo)體材料（靶），當(dāng)離子進入靶時，受靶原子阻擋，

25、而停留在其中，經(jīng)退火后雜質(zhì)進入替位、電離成為具有電活性的雜質(zhì)。6.6離子注入設(shè)備與工藝 P45離子源：離子源：氣體離子源（Source）：在半導(dǎo)體應(yīng)用中，氣體離子源使用較普遍，將含有注入物質(zhì)的氣體送入系統(tǒng)。如 BF3，BCl3，PH3，ASH3等。如用固體或液體做源材料，一般先加熱，得到它們的蒸汽，再導(dǎo)入放電區(qū)。離子源（Ion Source）：氣體流入放電腔室，燈絲（filament）發(fā)出的自由電子在電磁場作用下，獲得足夠能量后撞擊源分子或原子，使它們電離成離子，再經(jīng)吸極吸出，由初聚焦系統(tǒng)聚成離子束，射向磁分析器氣體源：BF3，AsH3，PH3，Ar，GeH4，O2，N2，.離子源：As，Ga

26、，Ge，Sb，P，.6.6離子注入設(shè)備與工藝 P46磁分析器：磁分析器：從離子源出來的離子束一般包含幾種離子，通過磁分析器將所需要的離子分選出來。加速器：加速器：離化物質(zhì)電離后，必須利用一強電場來吸引離子，使離子獲得很大的速度，以具有足夠的能量注入靶片內(nèi)。掃描器：掃描器：離子束流截面比較小，且中間密度大，四周密度小，導(dǎo)致注入不均勻。掃描是使離子在整個靶片上均勻注入而采取的一種措施。偏束板偏束板：靜電偏轉(zhuǎn)電極使離子束偏轉(zhuǎn)一定角度，而中性束因直線前進不能到達靶室，解決中性束對注入均勻性的影響。靶室靶室：安裝靶片的工作室。6.6離子注入設(shè)備與工藝 2mEr=nqBP47磁分析器磁分析器離離子子源源加

27、速管加速管聚焦聚焦掃描系統(tǒng)掃描系統(tǒng)靶靶rdtqIAQ1BF3：B+，B+，BF2+，F(xiàn)+, BF+，BF+B10B116.6離子注入設(shè)備與工藝 P486.6.1離子注入設(shè)備P496.6.2離子注入工藝流程離子源和襯底離子源和襯底離子源采用含雜質(zhì)原子的化合物氣體。防止溝道效應(yīng)溝道效應(yīng)方法：硅片偏轉(zhuǎn)一定角度；隔介質(zhì)膜注入掩膜掩膜離子注入在常溫進行，所以光刻膠、二氧化硅薄膜、金屬薄膜等多種材料都可以作為掩膜使用。要求掩蔽效果達到99.99%。P50注入方法注入方法直接注入：離子在光刻窗口直接注入Si襯底。射程大、雜質(zhì)重摻雜時采用。 間接注入：通過介質(zhì)薄膜或光刻膠注入襯底晶體。間接注入沾污少，可以獲得

28、精確的表面濃度。多次注入：通過多次注入使雜質(zhì)縱向分布精確可控，與高斯分布接近；也可以將不同能量、劑量的雜質(zhì)多次注入到襯底硅中，使雜質(zhì)分布為設(shè)計形狀。 6.6.2離子注入工藝流程P51典型離子注入?yún)?shù)：典型離子注入?yún)?shù)：離子：P，As，Sb，B，In，O劑量：10111018 cm-2能量：1 400 keV 可重復(fù)性和均勻性: 1%溫度：室溫流量：1012-1014 cm-2s-16.6.2離子注入工藝流程P526.7離子注入的其它應(yīng)用淺結(jié)的形成淺結(jié)的形成目的：抑制MOS晶體管的穿通電流，減小器件的短溝效應(yīng)因此要求減小CMOS源/漏結(jié)的結(jié)深形成淺結(jié)困難很多方法（1）分子注入方法 （2）降低注入

29、離子能量 （3）預(yù)非晶化P53對對閾值電壓閾值電壓VT的控制的控制 對MOS管來說，柵電極可控范圍是它下面極薄的溝道區(qū)，注入雜質(zhì)可看作全包含在耗盡層內(nèi)。 離子注入降低MOS管閾值電壓工藝簡單易行，在柵氧化層膜形成之后，通過薄的柵氧化層進入溝道區(qū)域低劑量注入，然后經(jīng)過適當(dāng)退火便能達到目的。源柵漏P-Si離子注入?yún)^(qū)SiO26.7離子注入的其它應(yīng)用P546.7離子注入的其它應(yīng)用Xj0.8Xj難熔柵難熔柵SiO2Si 源源 漏漏Xj難熔柵難熔柵SiO2Si 源源 漏漏淺注入層淺注入層擴散形成擴散形成寄生電容大寄生電容大自對準(zhǔn)金屬柵結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)金屬柵結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)金屬柵結(jié)構(gòu)自對準(zhǔn)金屬柵結(jié)構(gòu) 早期MOS工藝先形

30、成源區(qū)和漏區(qū)，再制作柵。柵源、柵漏之間的交疊存在很大寄生電容，使高頻特性變差。 與擴散法MOS工藝不同，離子注入自對準(zhǔn)MOS是先制作柵極，并使之成為離子注入的掩膜，從而形成離子注入摻雜的漏、源區(qū)。柵與源、漏可以自動對準(zhǔn)，并且交疊 電容大大減小，改善了高頻特性。P55離子注入在集成電路中的應(yīng)用離子注入在集成電路中的應(yīng)用一、一、CMOS制造制造9-10 different I/Iidentified !6.7離子注入的其它應(yīng)用P56離子注入在離子注入在2mN阱阱CMOS中的應(yīng)用中的應(yīng)用 N阱注入：阱注入：P+，QT=31012cm2, E=80keV 阱外場注入：阱外場注入：B+, QT=1101

31、3cm2, E=120keV 注注P+31：防止寄生溝道：防止寄生溝道 調(diào)解閾值電壓：調(diào)解閾值電壓： B+, QT=61011cm2, E=100keV 注注NMOS源、漏：源、漏：P+, QT=31015cm2, E=150keV 注注PMOS源、漏：源、漏：B+, QT=51015cm2, E=100keVn+p+P溝溝p+N阱阱p+n+n+n溝溝p-SiViVOVSSVDDSDDGGS6.7離子注入的其它應(yīng)用P57雙極型制造（Bipolar fabrication）高能注入形成埋層LOCOS（局域氧化隔離）下方的p-n結(jié)隔離形成基區(qū)注入砷注入多晶硅發(fā)射區(qū) 多晶電阻6.7離子注入的其它應(yīng)用

32、P58SIMOX注氧隔離技術(shù)注氧隔離技術(shù) SOI片的制作，可采用向Si中離子注入O+工藝，通過退火獲得SiO2層，這種工藝稱為SIMOX技術(shù)（Separation by implanted oxygen）。 SIMOX技術(shù)是迄今為止最成熟的制備技術(shù)。 它主要包括兩個工藝步驟: (1) 氧離子注入 用以在硅表層下 產(chǎn)生一個高濃度的注氧層 ；(2)高溫退火 使注入的氧與硅反應(yīng)形成絕緣層 這 種方法的主要限制是需要昂貴的大束流注氧專用機，另一個問題是為消除氧注入損傷 ,實現(xiàn)表面硅層固相再結(jié)晶，形成良好的界面，必須用專用退火爐進行高溫長時間退火 ,因而 材料成本 較高。 SIMOX 技術(shù)制成的材料 ,厚度均勻，尤其適于制作超薄型SOI。6.7離子注入的其它應(yīng)用P596.7離子注入的其它應(yīng)用P60Smartcut智能剝離技術(shù)智能剝離技術(shù) Smartcut技術(shù)是法國公司的M.Bruel 等提出的 ，其原理是利用H+注入在Si 片中形成氣泡層，將注氫片與另一支撐片鍵合(兩個硅片之間至少一片的表面要有熱氧化 SiO2覆蓋層 ，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硎棺淦瑥臍馀輰油暾验_，形成 S