第4章IC工艺之离子注入

Photo
Etch
Photoresist mask Implant
Hard mask (oxide or nitride)
4.1. 离子注入原理
4.1.1. 物理原理(P.90-98) 通过改变高能离子的能量，控制注入离子在靶材
料中的位置。
Ion implanter
Dopant ions Beam scan
Neutrals Heavy ions
Graphite
Figure 17.14
4.2. 沟道效应和卢瑟福背散射 6. 2. 1.沟道效应（page 101）
沟道峰
– 沟道效应的消除(临界角）
– 4. 2. 2.卢瑟福背散射RBS-C 作用？。。。
Low energy Low dose Fast scan speed
Ion implanter
High energy High dose Slow scan speed
Beam scan
Mask xj
Mask
Silicon substrate
a) Low dopant concentration (n–, p–) and shallow junction (xj)
Ion Implant in Process Flow
Wafer fabrication (front-end)
Wafer start
Thin Films
Polish
Unpatterned wafer
Completed wafer
Test/Sort
Diffusion Anneal after implant
第四章：离子注入技术
问题的提出： – 短沟道的形成？ – GaAs等化合物半导体？（低温掺杂） – 低表面浓度？ – 浅结？ – 纵向均匀分布或可控分布？ – 大面积均匀掺杂？ – 高纯或多离子掺杂？
要求掌握： – 基本工艺流程（原理和工艺控制参数） – 选择性掺杂的掩蔽膜（Mask） – 质量控制和检测 – 后退火工艺的目的与方法 – 沟道效应 – 在器件工艺中的各种主要应用
N. Doped Polysilicon
O. Doped SiO2
Dopant
B B P B P P B B As As BF2 BF2 Si
P or B
P or B
Method
Diffusion Diffusion
Ion Implant Ion Implant Ion Implant Ion Implant Ion Implant Ion Implant Ion Implant Ion Implant Ion Implant Ion Implant Ion Implant Ion Implant or Diffusion Ion Implant or Diffusion
– 离子注入技术的优缺点 – 剂量和射程在注入工艺中的重要性 – 离子注入系统的主要子系统 –
CMOS Structure with Doped Regions
p-channel Transistor
N
O
M
K
p+
L LI oxide
n-channel Transistor
I
J
n+
n+
STI
p– p+
Mask xj
Mask
Silicon substrate
b) High dopant concentration (n+, p+) and deep junction (xj)
– 重离子在材料中与靶原子的碰撞是“弹性”
库仑散射
ET
4M i M t (Mi M
）E0
t
f
( )
– 级联散射
Energy Loss of an Implanted Dopant Atom
Electronic collision
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Energetic dopant ion
Silicon crystal lattice
Si
Si
Si
X-rays
Si
Si
Si
Atomic collision
Si
Si
Displaced Si atom
Si
Si
Si
Si
Sampling slit in disk
Scanning disk with wafers
Suppressor aperture
Faraday cup
Ion beam
Current integrator
Scanning direction
– 对于无定型材料，
– 有：
N(x)
0
2 Rp
exp
1 2
p– p+
STI
n– n+
n– n+
STI
p+
n
n+ n++
F
n-well
E

C
p
H
p+
G D
p-well p++
B p– epitaxial layer A p+ silicon substrate
Process Step
A. p+ Silicon Substrate B. p- Epitaxial Layer C. Retrograde n-Well D. Retrograde p-well E. p-Channel Punchthrough F. p-Channel Threshold Voltage (VT) Adjust G. p-Channel Punchthrough H. p-Channel VT Adjust I. n-Channel Lightly Doped Drain (LDD) J. n-Channel Source/Drain (S/D) K. p-Channel LDD L. p-Channel S/D M. Silicon
x Rp Rp
2
为高斯分布
Rp
2 3
R
p
MiMt Mi Mt
– 97页 图4.8
R – 平均射程
p
Page 107
– 多能量、多剂量注入
– 4.1.2. 设备
Analyzing Magnet
Ion source Extraction assembly
Analyzing magnet Ion beam Lighter ions
Figure 17.9
– 能量损失： 散射路径R，靶材料密度，阻止本领S
dEtot dx
(
dE dx
） nuel
(
dE dx
） e
Rp
(E)
E 0
(
dE dEtot
）
E 0
dE S(E)
dx
E
dE
0 Sn(E) Se(E)
– 能量损失
– 注入离子的分布N（x）（无电子散射） 注入剂量0（atom/cm-2），射程：Rp 标准偏差Rp