離子注入技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

離子注入過程提供了比擴(kuò)散過程更好的摻雜工藝控制（見下表）。例如，摻雜物濃度和結(jié)深在擴(kuò)散過程中無法獨(dú)立控制，因為濃度和結(jié)深都與擴(kuò)散的溫度和時間有關(guān)。離子注入可以獨(dú)立控制摻雜濃度和結(jié)深，摻雜物濃度可以通過離子束電流和注入的時間組合控制，結(jié)深通過離子的能量控制。離子注入過程可以在很廣的摻雜物濃度范圍內(nèi)（10的11次方?10的17次方原子/平方厘米）進(jìn)行。擴(kuò)散是一個高溫過程，需要用二氧化硅作為遮蔽層。擴(kuò)散過程之前，必須先生長一層厚的氧化層作為擴(kuò)散遮蔽層，然后再通過圖形化及刻蝕定義岀需要擴(kuò)散的區(qū)域。離子注入是一個室溫過程,厚的光刻膠層就可以阻擋高能量摻雜物離子。離子注入可以使用光刻膠作為圖形化遮蔽層,而不需要生長及刻蝕二氧化硅形成如擴(kuò)散摻雜所需的硬遮蔽層。當(dāng)然，離子注入機(jī)的晶圓夾具必須具有一個冷卻系統(tǒng)帶走由帶電離子產(chǎn)生的熱量，避免高溫下光刻膠產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

注入機(jī)的質(zhì)譜儀將準(zhǔn)確選擇注入過程所需的離子種類，并產(chǎn)生很純的離子束，所以離子注入具有很低的污染。離子注入過程一般在高真空狀態(tài)下進(jìn)行，真空是一個干凈環(huán)境，是非等向性的集成電路過程。摻雜物離子主要以垂直方向注入硅襯底中，而且摻雜區(qū)域非常接近光刻膠遮蔽層所定義的區(qū)域。相對而言，擴(kuò)散是一個等向性的工藝過程，摻雜物可以通常橫向擴(kuò)散達(dá)到二氧化硅的硬遮蔽層下方。對于小的圖形尺寸，使用擴(kuò)散過程形成摻雜物界面很困難。下圖比較了擴(kuò)散和離子注入摻雜過程的差異，下表概述了摻雜過程中離子注入優(yōu)于擴(kuò)散工藝的方面。

離子注入技術(shù)的應(yīng)用

離子注入主要應(yīng)用于半導(dǎo)體材料摻雜。硅晶圓需要通過摻雜改變指定區(qū)域的導(dǎo)電率，例如互補(bǔ)型金屬-氧化物-半導(dǎo)體（CMOS）集成電路的阱區(qū)和源極/漏極。對于雙載流子集成電路，摻雜界面用于形成深埋層、發(fā)射極、集電極和基極。

其他離子注入技術(shù)的應(yīng)用是預(yù)先非晶態(tài)注入和深埋層注入。使用硅或錯的預(yù)先非晶態(tài)注入可以在襯底的表面形成一層非晶態(tài)。在后續(xù)的摻雜物離子注入過程中，非晶態(tài)層可以使結(jié)深和分布輪廓容易控制。錯是一種比較重的原子，損傷效應(yīng)比較小，所以在應(yīng)用中比較常用。深埋層注入可以將大量的氧離子注入到硅襯底中形成電子元器件應(yīng)用的絕緣體上硅（SOI）。氧離子被注入到硅晶圓后，接著通過退火在薄的單晶硅層下形成二氧化硅深埋層。使用這種襯底所制造的集成電路芯片與傳統(tǒng)的晶體管相比，具有較高的抗干擾性、抗輻照性和系統(tǒng)的高可靠性，因為這種襯底材料能完全隔離相鄰晶體管。

審核編輯：湯梓紅