11.12离子注入的应用

 

离子注入可以成为任何淀积的替代工艺。它有更好的可控性且没有侧向扩散,使它成为高密度、小特征尺寸电路的首选掺杂工艺。CMOS器件中的预淀积应用就是高能离子注入形成深P型阱、倒掺杂阱(retrogradewell)的首创。

 

一个特别的挑战是超浅结。这些结在亚125nm范围。当器件不断按比例缩小时,结的尺寸也变小了。这反过来导致更低能量的离子注入工艺,以减小表面损伤和沟道效应。这导致了代替BF3而使用纯硼注入,前者含有腐蚀性的氟。所以一些要求都被新一代的离子注入机所满足,它们可提供可以接受的低能量时的高剂量束流。

 

离子注入的一个主要应用是MOS栅阈值电压的调整(参见下图)。一个MOS晶体管由三部分组成:源、漏和栅。工作时,源和漏之间加电压。然而,在栅导电之前,二者间无电流。当栅极加电压后,表面形成导电沟道时,栅导电并连接源漏。形成初始导电沟道时所需电压成为该器件的阈值电压(threshold voltage)。该阈值电压对于栅下的晶圆表面杂质浓度非常敏感。离子注入被用于形成栅区所需的杂质浓度。并且,在MOS技术中,离子注入被用来改变场区的杂质浓度。然而在这种应用中,目的是为了设定一定级别的浓度,以防止相邻器件间的电流。在此应用中,注入层是隔离方案的一部分。

 

在双极技术中,离子注入被用来形成各种晶体管部件。离子注入提供的可自定义的杂质剖面可以提高器件性能。一个特别的应用是砷的埋层。当埋层用扩散形成时,高浓度的砷离子影响下一步表面外延层的质量。使用砷离子注入,高浓度砷成为可能,热退火可以修复损伤,可以进行高质量外延层的淀积。

 

离子注入适合MOS和双极电路中的电阻形成。扩散电阻的均匀性在5%司0%间变化,而离子注入电阻的变化仅为1%或更好,图1L48是一个离子注入掺杂典型的应用表。

41

11.13掺杂前景展望

 

离子注入也有其缺点,设备昂贵且复杂。培训和保养维护比相应的扩散更耗时。设备在高电压和更多有毒气体的使用上呈现出新的危险。从工艺角度上,最大的忧虑来自退火完全消除注入带来损伤的能力。然而,尽管有这些缺点,离子注入仍是先进电路掺杂工艺的首选。并且,很多新的结构只有依赖离子注入的特有优势才能实现。

 

当超浅结的深度小于40nm时“,离子注入可能出局。现在正在研发的一种新技术是等离子浸没(plasmaionimmersion),也称为Plio在这种技术中,将分析磁铁从系统中去除。掺杂剂离开源部分,并且等离子场增强它们的能量。这种技术将晶圆放在含有掺杂物原子的等离子场中(类似于离了铣或溅射)。当晶圆和杂质离子被恰当地充以电荷时(很像离子注入),杂质原子加速到晶圆表面并射入。与离子注入的区别在于,低能量的等离子场使晶圆的电荷积累较少,从而为浅结的形成提供了更多的控制。

 

无论如何,离子注入都是将半导体工业带入亚0.10gm的掺杂技术。其好处有:

  • 10的十次-10的十六次每平方厘米范围内的精确剂量控制
  • 大面积区域的均匀性
  • 通过能量的选择控制杂质的分布剖面
  • 较容易地注入所有杂质元素
  • 最小化的侧向扩散
  • 注入非掺杂原子
  • 可透过表面层掺杂
  • 对于不同的掺杂可选择不同的掩膜材质
  • 深阱区(倒掺杂阱)的特别分布剖面

 

评论

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong> 

required