MOS晶體管制造工藝的離子注入的工作原理解析

離子注入

離子注入是改變摻雜濃度的主要工藝。這個工藝是用離子注入機向整個“靶”片均勻注入精確數量的欲摻入的雜質離子，例如砷(As)、磷(P)、和硼(B)。這些離子首先在靜電場中加速，使它們獲得足夠的能量(10到300keV)進入靶內。MOS晶體管制造工藝的離子注入。這些離子從未用足夠厚的“掩蔽膜”來掩蔽的那些需摻雜的地方進入硅靶片內，如圖10.3a所示。掩蔽膜可以是光刻膠、SiO₂、Si₃N₄、多晶硅、或上述材料的組合。靶片內注入離子的典型分布如圖10.3b信注入層峰值位置和擴展的程度決定于離子能量、離子質量和靶片的材料，對典型應用來說，它們在0.05μm和0.05μm范圍內變化。MOS晶體管制造工藝的離子注入。單位面積注入的離子總數，或“離子劑量”，示于圖10.3c，可以精確地控制，一般在10²到10⁸離子／μm²之間，決定于使用要求。

在現代IC工藝中，摻雜方法幾乎全部使用離子注入，在MOS工藝中主要用于：

1、形成源區和漏區。

2、調節閾值電壓。

3、在CMOS工藝中，襯底上需要制作晶體管的區域形成合適的摻雜類型和摻雜水平。

4、減少穿通效應。

雜質原子可以直接注入硅內，也可以穿過有意形成的薄膜，通常為熱生長SiO₂,注入硅內。

雜質原子的離子注入經常伴隨有硅的晶格損傷，這一損傷是由于每一個注入的離子要與晶格原子發生多次碰撞造成的，直到它停止為止。MOS晶體管制造工藝的離子注入。將硅片放在高溫下可使離子注入損傷“退火”(即恢復)并使摻雜原子“激活”(即摻雜原子替位到能被電離的晶格位置上)。這一退火工藝是必不可少的，并且其特點是可與繼離子注入后的其他一些熱處理結合起來

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