第6章离子注入.PDF

第 章 离 子 注 入 ６ 　 自 世纪 年代开始发展起来的 离子 注入技术 （ ）是微电子工艺 中定 ２０ ６０ ＩｏｎＩｎｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｕｅ ｊ ｑ 域 、定量掺杂 的一种重要方法 ，其 目的是改变半导体的载流子浓度 和导电类 型 ，以达到改变材料 电学 性质 的 目的。本章就离子注入原理 、杂质分布及离子注入设备等方面进行介绍 。 ６１ 概述 　 第一 台商用离子注入机于 年面世 ，在 多年的时间里 已被集成电路工艺广泛采用 ，成为超 １９７３ ４０ 大规模集成电路的标准掺杂工艺 。由于采用 了离子注入技术 ，推动 了集成电路的发展 ，在集成电路制 造 中的隔离工序 中防止寄生沟道用的 沟道截 断 、调整 阈值 电压用的 沟道掺杂 、 阱的形成及 源 ＣＭＯＳ 漏 区域的形成等主要工序都采用离子注入法进行掺杂 ，特别是浅结制作主要用离子注入技术来实现 ， 从而使集成电路的生产进入超大规模直至甚大规模时代 。 离子注入技术的主要特点可归纳为以下几点 。 ① 注入 的离子是通过质量分析器选取 出来的 ，被选取的离子纯度高 ，能量单一 ，从而保证 了掺杂 纯度不受杂质源纯度 的影响 。另外 ，注入过程是在清洁 、干燥 的真空条件下进行的 ，各种污染 降到最 低水平 。 可 以精确控制注入到硅中 的掺杂原子数 目，注入剂量在 １１ １７ ／ ２ 的较宽范围 内，同 ② １０ ～１０ ｉｏｎｓｃｍ 一平面 内的杂质均匀性和重复性可精确控制在 ±１％内。相 比之下 ，在高浓度扩散 时 ，同一平 面 内的 杂质均匀性最好也只能控制在 水平 ，而低浓度扩散 时 ，均匀性更差 。同一平面上的电学性 ５％ １０％ ～ 质与掺杂均匀性有着密切 的关系 ，离子注入技术的这一优点在甚大规模集成电路制造 中尤其重要 。 ③ 离子注入时 ，衬底一般保持在室温或低于 ４００℃，因此 ，像二氧化硅 、氮化硅 、铝 和光刻胶等都 可 以用来作为选择掺杂 的掩膜 ，给予 自对准掩蔽技术更大的灵活性 ，这是热扩散方法根本做不 到的 ， 因为热扩散方法 的掩膜必须是能耐高温 的材料 。 ④ 离子注入深度随离子能量 的增加而增加 ，因此 掺杂深度可通过控制离子束 能量 的高低来 实 现 。另外 ，在注入过程中可精确控制电荷量 ，从而可精确控制掺杂浓度 ，因此通过控制注入离子的能 量和剂量 ，以及采用多次注入相同或不同杂质 ，可得到各种形式 的杂质分布 ，对 于突变型 的杂质分布 及浅结 的制备 ，采用离子注入技术很容易实现 。 ⑤ 离子注入是一个非热力学平衡过程 ，不受杂质在衬底材料中 的固溶度 限制 ，原则上对各种元 素均可掺杂 （但掺杂剂 占据基质格点而变为激 活杂质是有 限的），这就使掺杂工艺灵 活多样 ，适应性 强 。根据需要可从几十种元素 中挑选合适 的 型或 型杂质进行掺杂 。 ｎ ｐ ⑥ 离子注入时的衬底温度较低 ，这样就避免 了高温扩散所引起 的热缺陷 。 ⑦ 离子注入 的直进性 ，注入杂质是按掩膜 的图形近于垂直入射 ，这样 的掺杂方法 ，横向效应 比热 扩散小很多 ，这一特点有利于芯片特征尺寸 的缩小 。 ⑧ 离子往往可 以通过硅表面上的薄膜 （如 ＳｉＯ）注入到硅中 ，因此