超大规模集成电路VLSI离子注入.PDF

上海矽裕电子科技有限公司 TEL:021 第九章第九章 第九章第九章 超大规模集成电路超大规模集成电路 （VLSI（VLSI））离子注入离子注入 超大规模集成电路超大规模集成电路 （（VLSIVLSI））离子注入离子注入 离子注入是将高能带电原子或分子直接掺入衬底的工艺 。大多数离子注入 机的加速能量范围在 10～200千电子伏特 。（当然也有少数离子注入机使用高达 几百万电子伏特的加速能量 ）。在超大规模集成电路的生产过程中，离子注入机 基本上是用来把掺杂离子 （通常是有选择性的）加入到硅片表面。在这方面离子 注入超出化学掺杂 （扩散）的优势，导致了它在越来越多的应用中逐渐取代了扩 散掺杂 。为了讨论这个重要而又复杂的技术，我们有必要在开头时确定出一个成 功的离子注入工艺所需要达到的一些目标 。这将让读者可以知道我们所需要讨论 的方面。 离子注入工艺的总体目标是 ：将所需要的元素原子掺入目标材料 （例如， 在超大规模集成电路生产中 ，掺入单晶硅衬底）。为此，要达到如下的一些目标： 1) 注入元素必须达到指定数量 ； 2) 注入元素必须准确地停留在表面以下指定深度 ； 3) 注入必须限制在衬底的指定区域 ； 4) 需要时，应该可以电激活注入掺杂元素； 5) 尽量减少注入过程中对硅的晶体结构的改变 。 为了达到以上的目标，必需满足以下注入工艺的几个方面： a) 为达到目标 １，设备必需能够精确地注入与监测注入元素的数量； b) 为达到目标 ２，模型必需能够预测在注入与退火之后离子在注入层中 的情况。这样的模型还必需能准确地描述在不同的注入元素时 （例：硼、磷、砷、 锑），不同能量时，不同掺杂时 （例：每立方厘米注入离子数），不同的衬底结 1 真空吸笔真空吸笔 ‖理片机‖理片机 ‖倒片机‖倒片机 ‖金属片架‖金属片架 ‖取舟器石英舟‖取舟器石英舟/取舟器/取舟器 ‖外延石英钟罩‖外延石英钟罩 ‖定制工具‖定制工具 ‖净花及防静电用品‖净花及防静电用品 真空吸笔真空吸笔 ‖‖理片机理片机 ‖‖倒片机倒片机 ‖‖金属片架金属片架 ‖‖取舟器石英舟取舟器石英舟//取舟器取舟器 ‖‖外延石英钟罩外延石英钟罩 ‖‖定制工具定制工具 ‖‖净花及防静电用品净花及防静电用品 上海矽裕电子科技有限公司 TEL:021 构（例：无定形物质或单晶 〔包括不同晶向〕），以及在硅衬底上的各种薄膜结 构的影响 ； c) 为满足目标 ３，必需有足够多的掩蔽结构来阻挡注入； d) 为达到目标 ４，我们需要知道在硅晶格中注入的原子是如何电激活 的； e) 为达到目标 ５，必需有一个模型能够描述注入是如何影响晶格 （包括 损伤的类型与它在衬底中的位置 ）。这个模型也必须能够描述在不同的注入元素、 能量、掺杂、晶体结构与方向以及衬底温度下注入的情况。而且，还需要一个相 关的模型，用来预测晶格是如何最接近地恢复到注入前的状态，以及描述在不同 的退火处理后存在剩余的晶格缺陷。 在以上第二个表列中所提出的问题大多数都已解决了 ，我们正在继续尝试 更进一步的理解和提高设备性能，因为仍然存在一些空白。在这一章里我们也将 描述当前达到以上目标的进步 。 表１列出了一些在超大规模集成电路中离子注入的重要应用 。 形成 ｐｎ结 双极型生产 用于双极型与 ＭＯＳ器件 。 －预淀积； ＣＭＯＳ生产 －基极注入； －阈值电压的控制与调节； －砷注入形成单晶硅发射极； －隧道截止区注入；