第4章IC工藝之離子注入2023/9/14第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入2023/8/1第4章IC工藝之離子1問(wèn)題的提出：短溝道的形成？GaAs等化合物半導(dǎo)體？（低溫?fù)诫s）低表面濃度？淺結(jié)？縱向均勻分布或可控分布？大面積均勻摻雜？高純或多離子摻雜？

第4章IC工藝之離子注入問(wèn)題的提出：第4章IC工藝之離子注入2要求掌握：基本工藝流程（原理和工藝控制參數(shù)）選擇性摻雜的掩蔽膜（Mask）質(zhì)量控制和檢測(cè)后退火工藝的目的與方法溝道效應(yīng)在器件工藝中的各種主要應(yīng)用離子注入技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)劑量和射程在注入工藝中的重要性離子注入系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)

第4章IC工藝之離子注入要求掌握：第4章IC工藝之離子注入3CMOSStructurewithDopedRegionsn-channelTransistorp-channelTransistorLIoxidep–epitaxiallayerp+siliconsubstrateSTISTISTIn+p+p-welln-wellp+p–p+p–p+n+n–n+n–n+ABCEFDGHKLIJMNOn+nn++p+pp++第4章IC工藝之離子注入CMOSStructurewithDopedRegi4第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入5IonImplantinProcessFlowImplantDiffusionTest/SortEtchPolishPhotoCompletedwaferUnpatternedwaferWaferstartThinFilmsWaferfabrication(front-end)Hardmask(oxideornitride)AnnealafterimplantPhotoresistmask第4章IC工藝之離子注入IonImplantinProcessFlowImp64.1.離子注入原理4.1.1.物理原理(P.90-98) 通過(guò)改變高能離子的能量，控制注入離子在靶材料中的位置。

a) Lowdopantconcentration(n–,p–)andshallowjunction(xj)MaskMaskSiliconsubstratexjLowenergyLowdoseFastscanspeedBeamscanDopantionsIonimplanterb) Highdopantconcentration(n+,p+)anddeepjunction(xj)BeamscanHighenergyHighdoseSlowscanspeedMaskMaskSiliconsubstratexjIonimplanter第4章IC工藝之離子注入4.1.離子注入原理a) Lowdopantconce7第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入8重離子在材料中與靶原子的碰撞是“彈性”庫(kù)侖散射第4章IC工藝之離子注入重離子在材料中與靶原子的碰撞是“彈性”庫(kù)侖散射第4章IC工藝9級(jí)聯(lián)散射第4章IC工藝之離子注入級(jí)聯(lián)散射第4章IC工藝之離子注入10EnergyLossofanImplantedDopantAtomSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiX-raysElectroniccollisionAtomiccollisionDisplacedSiatomEnergeticdopantionSiliconcrystallatticeFigure17.9

第4章IC工藝之離子注入EnergyLossofanImplantedDo11能量損失： 散射路徑R，靶材料密度

，阻止本領(lǐng)S第4章IC工藝之離子注入能量損失： 散射路徑R，靶材料密度，阻止本領(lǐng)S12能量損失第4章IC工藝之離子注入能量損失第4章IC工藝之離子注入13注入離子的分布N（x）（無(wú)電子散射） 注入劑量

0（atom/cm-2），射程：Rp

標(biāo)準(zhǔn)偏差Rp

ScanningdiskwithwafersScanningdirectionFaradaycupSuppressorapertureCurrentintegratorSamplingslitindiskIonbeam第4章IC工藝之離子注入注入離子的分布N（x）（無(wú)電子散射） 注入劑量0（ato14 對(duì)于無(wú)定型材料，有： 為高斯分布 97頁(yè)圖4.8

第4章IC工藝之離子注入 對(duì)于無(wú)定型材料，第4章IC工藝之離子注入15平均射程第4章IC工藝之離子注入平均射程第4章IC工藝之離子注入16第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入17第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入18Page107第4章IC工藝之離子注入Page107第4章IC工藝之離子注入19第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入20多能量、多劑量注入第4章IC工藝之離子注入多能量、多劑量注入第4章IC工藝之離子注入214.1.2.設(shè)備第4章IC工藝之離子注入4.1.2.設(shè)備第4章IC工藝之離子注入22AnalyzingMagnetGraphiteIonsourceAnalyzingmagnetIonbeamExtractionassemblyLighterionsHeavyionsNeutralsFigure17.14

第4章IC工藝之離子注入AnalyzingMagnetGraphiteIonso23第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入24 4.2.溝道效應(yīng)和盧瑟福背散射 6.2.1.溝道效應(yīng)（page101）第4章IC工藝之離子注入 4.2.溝道效應(yīng)和盧瑟福背散射第4章IC工藝之離子注入25溝道峰第4章IC工藝之離子注入溝道峰第4章IC工藝之離子注入26溝道效應(yīng)的消除(臨界角）第4章IC工藝之離子注入溝道效應(yīng)的消除(臨界角）第4章IC工藝之離子注入274.2.2.盧瑟福背散射RBS-C作用？。。。第4章IC工藝之離子注入4.2.2.盧瑟福背散射RBS-C第4章IC工藝之離子注284.3.注入離子的激活與輻照損傷的消除

P.103~112 1）注入離子未處于替位位置 2）晶格原子被撞離格點(diǎn) Ea為原子的位移閾能大劑量——非晶化臨界劑量（P。111）與什么因素有關(guān)？如何則量？第4章IC工藝之離子注入4.3.注入離子的激活與輻照損傷的消除大劑量——非晶化第429AnnealingofSiliconCrystalRepairedSilatticestructureandactivateddopant-siliconbondsb)Silatticeafterannealinga)DamagedSilatticeduringimplantIonBeamFigure17.27

第4章IC工藝之離子注入AnnealingofSiliconCrystalRe30第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入31第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入32第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入33熱退P107等時(shí)退火IsochronalAnnealing等溫退火IsothermalAnnealing第4章IC工藝之離子注入熱退等時(shí)退火第4章IC工藝之離子注入34第4章IC工藝之離子注入第4章IC工藝之離子注入351）激活率(成活率)（%） Si：P、B100%，As50%2）臨界通量

C(cm-2)F4.16

與注入離子種類(lèi)、大小，能量有關(guān) 與注入時(shí)的襯底溫度有關(guān)第4章IC工藝之離子注入1）激活率(成活率)（%）第4章IC工藝之離子注入363）退火后的雜質(zhì)再分布（P。111）4）退火方式：“慢退火”，快速熱退火 分步退火5）退火完成的指標(biāo)：電阻率、遷移率、少子壽命第4章IC工藝之離子注入3）退火后的雜質(zhì)再分布（P。111）第4章IC工藝之離子注入374.4.離子注入工藝中的一些問(wèn)題 1。離子源：汽化高壓電離 多價(jià)問(wèn)題 分子態(tài)—原子態(tài)問(wèn)題 （產(chǎn)額問(wèn)題）2。選擇性摻雜的掩膜 SiO2、Si3N4、光刻膠、各種金屬膜第4章IC工藝之離子注入4.4.離子注入工藝中的一些問(wèn)題 1。離子源：汽化高壓38P離子注入SiSiO2Si3N4E(keV)Rp(m)Rp(m)Rp(m)Rp(m)Rp(m)Rp(m)100.0140.0070.0110.0050.0080.004200.0250.0120.0200.0080.0150.006500.0610.0250.0490.0190.0380.0141000.1240.0460.1000.0330.0770.026第4章IC工藝之離子注入P離子注入SiSiO2Si3N4ERpRpRpRpRp39 有掩膜時(shí)的注入雜質(zhì)分布？第4章IC工藝之離子注入 有掩膜時(shí)的注入雜質(zhì)分布？第4章IC工藝之離子注入40ControllingDopantConcentrationandDeptha) Lowdopantconcentration(n–,p–)andshallowjunction(xj)MaskMaskSiliconsubstratexjLowenergyLowdoseFastscanspeedBeamscanDopantionsIonimplanterb) Highdopantconcentration(n+,p+)anddeepjunction(xj)BeamscanHighenergyHighdoseSlowscanspeedMaskMaskSiliconsubstratexjIonimplanterFigure17.5

第4章IC工藝之離子注入ControllingDopantConcentrati413。遮擋(注入陰影效應(yīng)ImplantShadowing)（P119）4.硅片充電Resista)MechanicalscanningwithnotiltIonbeamb)ElectrostaticscanningwithnormaltiltResistIonbeam第4章IC工藝之離子注入3。遮擋(注入陰影效應(yīng)ImplantShadowing)42ElectronShowerforWaferChargingControlAdaptedfromEatonNV10ionimplanter,circa1983++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++Ionbeam-BiasedapertureElectrongunSecondaryelectrontargetSecondaryelectrons+Ion-electronrecombinationWaferFigure17.23

一次電子(幾百eV)二次電子(20eV)不能有高能電子!第4章IC工藝之離子注入ElectronShowerforWaferChar43PlasmaFloodtoControlWaferCharging-BiasedapertureIonbeamNeutralizedatomsWaferscandirectionCurrent(dose)monitorPlasmaelectronfloodchamberArgongasinletElectronemissionChamberwall+++++++++++++++++++++++++SNSN++++++++ArArAr高能第4章IC工藝之離子注入PlasmaFloodtoControlWafer44離子注入設(shè)計(jì)掩蔽膜的形成離子注入退火測(cè)試Trim分布、掩蔽膜設(shè)計(jì)、離子源氧化膜、Si3N4膜、光刻和光刻膠襯底溫度、能量、注量溫度、時(shí)間（多步快速熱退火）激活率、殘留缺陷、注入層壽命、注入離子再分布（方塊電阻、結(jié)深）、I-V和C-V特性離子注入工藝流程第4章IC工藝之離子注入離子注入設(shè)計(jì)掩蔽膜的形成離子注入退火測(cè)試Trim分布、掩454.5.離子注入工藝的應(yīng)用 1。摻雜（P。115）第4章IC工藝之離子注入4.5.離子注入工藝的應(yīng)用 1。摻雜（P。115）第462。淺結(jié)形成（ShallowJunctionFormation,p116)3。埋層介質(zhì)膜的形成(page116) 如：注氧隔離工藝（SIMOX） （SeparationbyImplantedOxygen)4。吸雜工藝 如：等離子體注入（PIII）吸雜工藝 （PlasmaImmersionIonImplantation）5。SmartCutforSOI6。聚焦離子束技術(shù)7。其它（如：離子束表面處理） 第4章IC工藝之離子注入2。淺結(jié)形成（ShallowJunctionFormat47BuriedImplantedLayern-wellp-wellp-Epilayerp+Siliconsubstratep+BuriedlayerRetrogradewells埋層注入，替代埋層擴(kuò)散和外延控制閂鎖效應(yīng)第4章IC工藝之離子注入BuriedImplantedLayern-wellp-48RetrogradeWelln-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstraten-typedopantp-typedopantp++n++倒置井：閂鎖效應(yīng)和穿通能力第4章IC工藝之離子注入RetrogradeWelln-wellp-wellp+49PunchthroughStopn-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstraten-typedopantp-typedopantp+p++n+n++穿通阻擋第4章IC工藝之離子注入PunchthroughStopn-wellp-wellp50ImplantforThresholdVoltageAdjustmentn-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstraten-typedopantp-typedopantp+p++pn+n++n閾值電壓調(diào)整第4章IC工藝之離子注入ImplantforThresholdVoltage51Source-DrainFormations++++++++----------++++++++++++++++----------------n-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstratep+S/Dimplantn+S/DimplantSpaceroxideDrainSourceDrainSourceb) p+andn+Source/drainimplants (performedintwoseparateoperations)++++++++----------n-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstratep-channeltransistorp–LDDimplantn-channeltransistorn–LDDimplantDrainSourceDrainSourcePolygatea) p–

and

n–

lightly-dopeddrainimplants (performedintwoseparateoperations)第4章IC工藝之離子注入Source-DrainFormations++++52DopantImplantonVerticalSidewallsofTrenchCapacitor n+dopantn+p+TiltedimplantTrenchforformingcapacitor溝槽電容器（取代DRAM的平面存儲(chǔ)電容）的側(cè)壁摻雜第4章IC工藝之離子注入DopantImplantonVerticalSid53Ultra-ShallowJunctions180nm20?gateoxide54nmarsenicimplantedlayerPolygateP118第4章IC工藝之離子注入U(xiǎn)ltra-ShallowJunctions180nm254CMOSTransistorswithandwithoutSIMOXBuriedOxideLayera)CommonCMOSwaferconstructionn-wellp-wellEpilayerSiliconsubstrateb)CMOSwaferwithSIMOXburiedlayern-wellp-wellImplantedsilicondioxideSiliconsubstrateSiliconsubstrate第4章IC工藝之離子注入CMOSTransistorswit