第四章：離子注入技術問題的提出：短溝道的形成？GaAs等化合物半導體？（低溫摻雜）低表面濃度？淺結？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？

要求掌握：基本工藝流程（原理和工藝控制參數）選擇性摻雜的掩蔽膜（Mask）質量控制和檢測后退火工藝的目的與方法溝道效應在器件工藝中的各種主要應用離子注入技術的優缺點劑量和射程在注入工藝中的重要性離子注入系統的主要子系統

CMOSStructurewithDopedRegionsn-channelTransistorp-channelTransistorLIoxidep–epitaxiallayerp+siliconsubstrateSTISTISTIn+p+p-welln-wellp+p–p+p–p+n+n–n+n–n+ABCEFDGHKLIJMNOn+nn++p+pp++IonImplantinProcessFlowImplantDiffusionTest/SortEtchPolishPhotoCompletedwaferUnpatternedwaferWaferstartThinFilmsWaferfabrication(front-end)Hardmask(oxideornitride)AnnealafterimplantPhotoresistmask4.1.離子注入原理4.1.1.物理原理(P.90-98) 通過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重離子在材料中與靶原子的碰撞是“彈性”庫侖散射

級聯散射EnergyLossofanImplantedDopantAtomSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiX-raysElectroniccollisionAtomiccollisionDisplacedSiatomEnergeticdopantionSiliconcrystallatticeFigure17.9

能量損失： 散射路徑R，靶材料密度

，阻止本領S能量損失注入離子的分布N（x）（無電子散射） 注入劑量

0（atom/cm-2），射程：Rp

標準偏差Rp

ScanningdiskwithwafersScanningdirectionFaradaycupSuppressorapertureCurrentintegratorSamplingslitindiskIonbeam

對于無定型材料，有： 為高斯分布 97頁圖4.8

平均射程Page107多能量、多劑量注入4.1.2.設備AnalyzingMagnetGraphiteIonsourceAnalyzingmagnetIonbeamExtractionassemblyLighterionsHeavyionsNeutralsFigure17.14

4.2.溝道效應和盧瑟福背散射

6.2.1.溝道效應（page101）溝道峰溝道效應的消除(臨界角）4.2.2.盧瑟福背散射RBS-C作用？。。。4.3.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 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？如何則量？AnnealingofSiliconCrystalRepairedSilatticestructureandactivateddopant-siliconbondsb)Silatticeafterannealinga)DamagedSilatticeduringimplantIonBeamFigure17.27

熱退P107

等時退火IsochronalAnnealing等溫退火IsothermalAnnealing1）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、大小，能量有關 與注入時的襯底溫度有關3）退火后的雜質再分布（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：電阻率、遷移率、少子壽命4.4.離子注入工藝中的一些問題 1。離子源：汽化高壓電離 多價問題 分子態—原子態問題 （產額問題）

2。選擇性摻雜的掩膜 SiO2、Si3N4、光刻膠、各種金屬膜P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

有掩膜時的注入雜質分布？ControllingDopantConcentrationandDeptha) Lowdopantconcentration(n–,p–)andshallowjunction(xj)MaskMaskSiliconsubstratexjLowenergyLowdoseFastscanspeedBeamscanDopantionsIonimplanterb) Highdopantconcentration(n+,p+)anddeepjunction(xj)BeamscanHighenergyHighdoseSlowscanspeedMaskMaskSiliconsubstratexjIonimplanterFigure17.5

3。遮擋(注入陰影效應ImplantShadowing)（P119）

4.硅片充電Resista)MechanicalscanningwithnotiltIonbeamb)ElectrostaticscanningwithnormaltiltResistIonbeamElectronShowerforWaferChargingControlAdaptedfromEatonNV10ionimplanter,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!PlasmaFloodtoControlWaferCharging-BiasedapertureIonbeamNeutralizedatomsWaferscandirectionCurrent(dose)monitorPlasmaelectronfloodchamberArgongasinletElectronemissionChamberwall+++++++++++++++++++++++++SNSN++++++++ArArAr高能離子注入設計掩蔽膜的形成離子注入退火測試Trim分布、掩蔽膜設計、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、結深）、I-V和C-V特性離子注入工藝流程4.5.離子注入工藝的應用 1。摻雜（P。115）2。淺結形成（ShallowJunctionFormation,p116)3。埋層介質膜的形成(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7。其它（如：離子束表面處理） BuriedImplantedLayern-wellp-wellp-Epilayerp+Siliconsubstratep+BuriedlayerRetrogradewells埋層注入，替代埋層擴散和外延控制閂鎖效應RetrogradeWelln-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstraten-typedopantp-typedopantp++n++倒置井：閂鎖效應和穿通能力PunchthroughStopn-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstraten-typedopantp-typedopantp+p++n+n++穿通阻擋ImplantforThresholdVoltageAdjustmentn-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstraten-typedopantp-typedopantp+p++pn+n++n閾值電壓調整Source-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)DopantImplantonVerticalSidewallsofTrenchCapacitor n+dopantn+p+TiltedimplantTrenchforformingcapacitor溝槽電容器（取代DRAM的平面存儲電容）的側壁摻雜Ultra-ShallowJunctions180nm20?gateoxide54nmarsenicimplantedlayerPolygateP118CMOSTransistorswithandwithoutSIMOXBuriedOxideLayera)CommonCMOSwaferconstructionn-wellp-wellEpilayerSiliconsubstrateb)CMOSwaferwithSIMOXburiedlayern-wellp-wellImplantedsilicondioxideSiliconsubstrateSiliconsubstrateDoseVersusEnergyMapProximitygetteringPresentapplicationsEvolvingapplicationsPolydopingSource/drainDamageengineeringBuriedlayersRetrogradewellsTriplewellsVtadjustChannelanddrainengineering0.1110100100010,0001016101110121013101410151017Energy(keV)Dose(atoms/cm2)4.6.離子注入工藝特點（與擴散比較）

總體優于擴散，在當代IC制造中，已基本取代擴散摻雜。

1。雜質總量可控

2。大面積均勻

3。深度及分布可控

4。低溫工藝（一般<673K）快速熱退火溫度要高些

5。注入劑量范圍寬（1011~1017cm-3），劑量控制精度高（<1%）

6。橫向擴散小

7。淺結工藝

8。最大摻雜濃度

9。光刻標記問題4.７.離子注入設計

SUPREM和TRIMCode是否掌握了？基本工藝流