離子注入與傳統(tǒng)熱擴(kuò)散工藝區(qū)別

離子注入工藝是集成電路制造的主要工藝之一，它是指將離子束加速到一定能量（一般在keV 至Mev 量級(jí)范圍內(nèi))，然后注入固體材料表層內(nèi)，以改變材料表層物理性質(zhì)的工藝。在集成電路工藝中，固體材料通常是硅，而注入的雜質(zhì)離子通常是硼離子、磷離子、砷離子、銦離子、鍺離子等。注入的離子可改變固體材料表層電導(dǎo)率或形成 pn 結(jié)。當(dāng)集成電路的特征尺寸縮小到亞微米時(shí)代后，離子注入工藝得到了廣泛應(yīng)用。

與通過傳統(tǒng)熱擴(kuò)散工藝進(jìn)行摻雜的方式相比，離子注入摻雜具有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）通過調(diào)節(jié)注人的能量和劑量來改變注人離子的深度和濃度，可以獲得對(duì)襯底內(nèi)部比表面濃度更高的雜質(zhì)離子分布，而這是擴(kuò)散工藝無法實(shí)現(xiàn)的。

（2）進(jìn)入襯底材料的入射離子雖然會(huì)因?yàn)榕鲎舶l(fā)生很小的橫向偏移，但總體來說可以按照掩膜圖形在所需的位置獲得摻雜，而且掩膜材科可以是包括光刻膠在內(nèi)的任意半導(dǎo)體工藝常用的材料，非常有利于提高集成度。 （3）離子注入利用掃描的方法在圓片上順次打入離子，突破擴(kuò)散工藝中固溶度的限制，可以得到更高的濃度、更淺的結(jié)深、更均勻的分布。 在集成電路制造工藝中，離子注入通常應(yīng)用于深埋層、倒摻雜井、閾值電壓調(diào)節(jié)、源漏擴(kuò)展注入、源漏注入、多晶硅柵摻雜、形成pn結(jié)和電阻/電容等。在絕緣體上硅（SOI）襯底材料制備工藝中，主要通過高濃度氧離子注入的方法來形成埋氧層，或者通過高濃度氫離子注入的方法來實(shí)現(xiàn)智能切割(Smart Cut)。離子注入是通過離子注入機(jī)來完成的，其最重要的工藝參數(shù)是劑量和能量：劑量決定了最終的濃度，而能量決定了離子的射程 （即深度）。根據(jù)器件設(shè)計(jì)需求的不同，注入的條件分為大劑量高能量、中劑量中能量、中劑量低能量或大劑量低能量等。為了獲得理想的注入效果，針對(duì)不同的工藝要求，應(yīng)配備不同的注入機(jī)。離子注入后，一般要經(jīng)過高溫退火過程，用以修復(fù)離子注入導(dǎo)致的晶格損傷，同時(shí)激活雜質(zhì)離子。在傳統(tǒng)集成電路工藝中，雖然退火溫度對(duì)摻雜有很大影響，但離子注入工藝本身的溫度并不關(guān)鍵。在14nm 以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)，某些離子注入工藝需在低溫或高溫的環(huán)境下進(jìn)行，這樣可以改變晶格損傷等的影響。