离子注入技术培训课程课件

第四章：离子注入技术第四章：离子注入技术1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？

问题的提出：2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

要求掌握：3CMOSStructurewithDopedRegionsn-channelTransistorp-channelTransistorLIoxidep–epitaxiallayerp+siliconsubstrateSTISTISTIn+p+p-welln-wellp+p–p+p–p+n+n–n+n–n+ABCEFDGHKLIJMNOn+nn++p+pp++CMOSStructurewithDopedRegi4离子注入技术培训课程课件5IonImplantinProcessFlowImplantDiffusionTest/SortEtchPolishPhotoCompletedwaferUnpatternedwaferWaferstartThinFilmsWaferfabrication(front-end)Hardmask(oxideornitride)AnnealafterimplantPhotoresistmaskIonImplantinProcessFlowImp64.1.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。

a) Lowdopantconcentration(n–,p–)andshallowjunction(xj)MaskMaskSiliconsubstratexjLowenergyLowdoseFastscanspeedBeamscanDopantionsIonimplanterb) Highdopantconcentration(n+,p+)anddeepjunction(xj)BeamscanHighenergyHighdoseSlowscanspeedMaskMaskSiliconsubstratexjIonimplanter4.1.离子注入原理a) Lowdopantconce7离子注入技术培训课程课件8重离子在材料中与靶原子的碰撞是“弹性”库仑散射重离子在材料中与靶原子的碰撞是“弹性”库仑散射9

级联散射级联散射10EnergyLossofanImplantedDopantAtomSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiX-raysElectroniccollisionAtomiccollisionDisplacedSiatomEnergeticdopantionSiliconcrystallatticeFigure17.9

EnergyLossofanImplantedDo11能量损失： 散射路径R，靶材料密度

，阻止本领S能量损失： 散射路径R，靶材料密度，阻止本领S12能量损失能量损失13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

ScanningdiskwithwafersScanningdirectionFaradaycupSuppressorapertureCurrentintegratorSamplingslitindiskIonbeam注入离子的分布N（x）（无电子散射） 注入剂量0（ato14

对于无定型材料，有： 为高斯分布 97页图4.8

对于无定型材料，15平均射程平均射程16离子注入技术培训课程课件17离子注入技术培训课程课件18Page107Page10719离子注入技术培训课程课件20多能量、多剂量注入多能量、多剂量注入214.1.2.设备4.1.2.设备22AnalyzingMagnetGraphiteIonsourceAnalyzingmagnetIonbeamExtractionassemblyLighterionsHeavyionsNeutralsFigure17.14

AnalyzingMagnetGraphiteIonso23离子注入技术培训课程课件24 4.2.沟道效应和卢瑟福背散射

6.2.1.沟道效应（page101） 4.2.沟道效应和卢瑟福背散射25沟道峰沟道峰26沟道效应的消除(临界角）沟道效应的消除(临界角）274.2.2.卢瑟福背散射RBS-C作用？。。。4.2.2.卢瑟福背散射RBS-C284.3.注入离子的激活与辐照损伤的消除

P.103~112 1）注入离子未处于替位位置 2）晶格原子被撞离格点 Ea为原子的位移阈能大剂量——非晶化临界剂量（P。111）与什么因素有关？如何则量？4.3.注入离子的激活与辐照损伤的消除大剂量——非晶化29AnnealingofSiliconCrystalRepairedSilatticestructureandactivateddopant-siliconbondsb)Silatticeafterannealinga)DamagedSilatticeduringimplantIonBeamFigure17.27

AnnealingofSiliconCrystalRe30离子注入技术培训课程课件31离子注入技术培训课程课件32离子注入技术培训课程课件33热退P107

等时退火IsochronalAnnealing等温退火IsothermalAnnealing热退等时退火34离子注入技术培训课程课件351）激活率(成活率)（%）

Si：P、B100%，As50%2）临界通量

C(cm-2)F4.16

与注入离子种类、大小，能量有关 与注入时的衬底温度有关1）激活率(成活率)（%）363）退火后的杂质再分布（P。111）4）退火方式：“慢退火”，快速热退火 分步退火5）退火完成的指标：电阻率、迁移率、少子寿命3）退火后的杂质再分布（P。111）374.4.离子注入工艺中的一些问题 1。离子源：汽化高压电离 多价问题 分子态—原子态问题 （产额问题）

2。选择性掺杂的掩膜 SiO2、Si3N4、光刻胶、各种金属膜4.4.离子注入工艺中的一些问题 1。离子源：汽化高压38P离子注入SiSiO2Si3N4E(keV)Rp(m)Rp(m)Rp(m)Rp(m)Rp(m)Rp(m)100.0140.0070.0110.0050.0080.004200.0250.0120.0200.0080.0150.006500.0610.0250.0490.0190.0380.0141000.1240.0460.1000.0330.0770.026P离子注入SiSiO2Si3N4ERpRpRpRpRp39

有掩膜时的注入杂质分布？ 有掩膜时的注入杂质分布？40ControllingDopantConcentrationandDeptha) Lowdopantconcentration(n–,p–)andshallowjunction(xj)MaskMaskSiliconsubstratexjLowenergyLowdoseFastscanspeedBeamscanDopantionsIonimplanterb) Highdopantconcentration(n+,p+)anddeepjunction(xj)BeamscanHighenergyHighdoseSlowscanspeedMaskMaskSiliconsubstratexjIonimplanterFigure17.5

ControllingDopantConcentrati413。遮挡(注入阴影效应ImplantShadowing)（P119）

4.硅片充电Resista)MechanicalscanningwithnotiltIonbeamb)ElectrostaticscanningwithnormaltiltResistIonbeam3。遮挡(注入阴影效应ImplantShadowing)42ElectronShowerforWaferChargingControlAdaptedfromEatonNV10ionimplanter,circa1983++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++Ionbeam-BiasedapertureElectrongunSecondaryelectrontargetSecondaryelectrons+Ion-electronrecombinationWaferFigure17.23

一次电子(几百eV)二次电子(20eV)不能有高能电子!ElectronShowerforWaferChar43PlasmaFloodtoControlWaferCharging-BiasedapertureIonbeamNeutralizedatomsWaferscandirectionCurrent(dose)monitorPlasmaelectronfloodchamberArgongasinletElectronemissionChamberwall+++++++++++++++++++++++++SNSN++++++++ArArAr高能PlasmaFloodtoControlWafer44离子注入设计掩蔽膜的形成离子注入退火测试Trim分布、掩蔽膜设计、离子源氧化膜、Si3N4膜、光刻和光刻胶衬底温度、能量、注量温度、时间（多步快速热退火）激活率、残留缺陷、注入层寿命、注入离子再分布（方块电阻、结深）、I-V和C-V特性离子注入工艺流程离子注入设计掩蔽膜的形成离子注入退火测试Trim分布、掩454.5.离子注入工艺的应用 1。掺杂（P。115）4.5.离子注入工艺的应用 1。掺杂（P。115）462。浅结形成（ShallowJunctionFormation,p116)3。埋层介质膜的形成(page116)

如：注氧隔离工艺（SIMOX） （SeparationbyImplantedOxygen)4。吸杂工艺 如：等离子体注入（PIII）吸杂工艺 （PlasmaImmersionIonImplantation）5。SmartCutforSOI6。聚焦离子束技术7。其它（如：离子束表面处理） 2。浅结形成（ShallowJunctionFormat47BuriedImplantedLayern-wellp-wellp-Epilayerp+Siliconsubstratep+BuriedlayerRetrogradewells埋层注入，替代埋层扩散和外延控制闩锁效应BuriedImplantedLayern-wellp-48RetrogradeWelln-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstraten-typedopantp-typedopantp++n++倒置井：闩锁效应和穿通能力RetrogradeWelln-wellp-wellp+49PunchthroughStopn-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstraten-typedopantp-typedopantp+p++n+n++穿通阻挡PunchthroughStopn-wellp-wellp50ImplantforThresholdVoltageAdjustmentn-wellp-wellp+Buriedlayerp+Siliconsubstraten-typedopantp-typedopantp+p++pn+n++n阈值电压调整ImplantforThresholdVoltage51Source-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)Source-DrainFormations++++52DopantImplantonVerticalSidewallsofTrenchCapacitor n+dopantn+p+TiltedimplantTrenchforformingcapacitor沟槽电容器（取代DRAM的平面存储电容）的侧壁掺杂DopantImplantonVerticalSid53Ultra-ShallowJunctions180nm20Ågateoxide54nmarsenicimplantedlayerPolygateP118Ultra-ShallowJunctions180nm254CMOSTransistorswithandwithoutSIMOXBuriedOxideLayera)CommonCMOSwaferconstructionn-wellp-wellEpilayerSiliconsubstrateb)CMOSwaferwithSIMOXburiedlayern-wellp-wellImplantedsilicondioxideSiliconsubstrateSiliconsubstrateCMOSTransistorswithandwith55DoseVersusEnergyMapProximitygetteringPresentapplicationsEvolvingapplicationsPolydopingSource/drainDamageengineeringBuriedlayersRetrogradewellsTriplewellsVtadjustChannelanddrainengineering0.1110100100010,0001016101110121013101410151017Energy(keV)Dose(atoms/cm2)DoseVersusEnergyMapProximit564.6.离子注入工艺特点（与扩散比较）

总体优于扩散，在当代IC制造中，已基本取代扩散掺杂。

1。杂质总量可控

2。大面积均匀

3。深度及分布可控

4。低温工艺（一般<673K）快速热退火温度要高些

5。注入剂量范围宽（1011~1017cm-3），剂量控制精度高（<1%）

6。横向扩散小

7。浅结工艺

8。最大掺杂浓度

9。光刻标记问题4.6.离子注入工艺特点（与扩散比较）574.７.离子注入设计

SUPREM和TRIMCode离子注入技术培训课程课件58是否掌握了？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

是否掌握了？59离子注入技术培训课程课件60

1、最孤独的时光，会塑造最坚强的自己。

2、把脸一直向着阳光，这样就不会见到阴影。

3、永远不要埋怨你已经发生的事情，要么就改变它，要么就安静的接受它。

4、不论你在什么时候开始，重要的是开始之后就不要停止。

5、通往光明的道路是平坦的，为了成功，为了奋斗的渴望，我们不得不努力。

6、付出了不一定有回报，但不付出永远没有回报。

7、成功就是你被击落到失望的深渊之后反弹得有多高。

8、为了照亮夜空，星星才站在天空的高处。

9、我们的人生必须励志，不励志就仿佛没有灵魂。

10、拼尽全力，逼自己优秀一把，青春已所剩不多。

11、一个人如果不能从内心去原谅别人，那他就永远不会心安理得。

12、每个人心里都有一段伤痕，时间才是最好的疗剂。

13、如果我不坚强，那就等着别人来嘲笑。

14、早晨给自己一个微笑，种下一天旳阳光。

15、没有爱不会死，不过有了爱会活过来。

16、失败的定义：什么都要做，什么都在做，却从未做完过，也未做好过。

17、当我微笑着说我很好的时候，你应该对我说，安好就好。

18、人不仅要做好事，更要以准确的方式做好事。

19、我们并不需要用太华丽的语言来包裹自己，因为我们要做最真实的自己。

20、一个人除非自己有信心，否则无法带给别人信心。

21、为别人鼓掌的人也是在给自己的生命加油。

22、失去金钱的人损失甚少，失去健康的人损失极多，失去勇气的人损失一切。

23、相信就是强大，怀疑只会抑制能力，而信仰就是力量。

24、那些尝试去做某事却失败的人，比那些什么也不尝试做却成功的人不知要好上多少。

25、自己打败自己是最可悲的失败，自己战胜自己是最可贵的胜利。

26、没有热忱，世间便无进步。

27、失败并不意味你浪费了时间和生命，失败表明你有理由重新开始。

28、青春如此华美，却在烟火在散场。

29、生命的道路上永远没有捷径可言，只有脚踏实地走下去。

30、只要还有明天，今天就永远是起跑线。

31、认真可以把事情做对，而用心却可以做到完美。

32、如果上帝没有帮助你那他一定相信你可以。

33、只要有信心，人永远不会挫败。

34、珍惜今天的美好就是为了让明天的回忆更美好。

35、只要你在路上，就不要放弃前进的勇气，走走停停的生活会一直继续。

36、大起大落谁都有拍拍灰尘继续走。

37、孤独并不可怕，每个人都是孤独的，可怕的是害怕孤独。

38、宁可失败在你喜欢的事情上，也不要成功在你所憎恶的事情上。

39、我很平凡，但骨子里的我却很勇敢。

40、眼中闪烁的泪光，也将化作永不妥协的坚强。

41、我不去想是否能够成功，既然选了远方，便只顾风雨兼程。

42、宁可自己去原谅别人，莫等别人来原谅自己。

43、踩着垃圾到达的高度和踩着金子到达的高度是一样的。

44、每天告诉自己一次：我真的很不错。

45、人生最大的挑战没过于战胜自己！

46、愚痴的人，一直想要别人了解他。有智慧的人，却努力的了解自己。

47、现实的压力压的我们喘不过气也压的我们走向成功。

48、心若有阳光，你便会看见这个世界有那么多美好值得期待和向往。

49、相信自己，你能作茧自缚，就能破茧成蝶。

50、不能强迫别人来爱自己，只能努力让自己成为值得爱的人。

51、不要拿过去的记忆，来折磨现在的自己。

52、汗水是成功的润滑剂。

53、人必须有自信，这是成功的秘密。

54、成功的秘密在于始终如一地忠于目标。

55、只有一条路不能选择――那就是放弃。

56、最后的措手不及是因为当初游刃有余的自己

57、现实很近又很冷，梦想很远却很温暖。

58、没有人能替你承受痛苦，也没有人能抢走你的坚强。

59、不要拿我跟任何人比，我不是谁的影子，更不是谁的替代品，我不知道年少轻狂，我只懂得胜者为。

60、如果你看到面前的阴影，别怕，那是因为你的背后有阳光。

61、宁可笑着流泪，绝不哭着后悔。

62、觉得自己做得到和做不到，只在一念之间。

63、跌倒，撞墙，一败涂地，都不用害怕，年轻叫你勇敢。

64、做最好的今天，回顾最好的昨天，迎接最美好的明天。

65、每件事情都必须有一个期限，否则，大多数人都会有多少时间就花掉多少时间。

66、当你被压力压得透不过气来的时候，记住，碳正是因