离子注入技术培训课程课件.ppt

1、第四章：离子注入技术第四章：离子注入技术问题的提出：问题的提出：短沟道的形成？短沟道的形成？GaAs等化合物半导体？（低温掺杂）等化合物半导体？（低温掺杂）低表面浓度？低表面浓度？浅结？浅结？纵向均匀分布或可控分布？纵向均匀分布或可控分布？大面积均匀掺杂？大面积均匀掺杂？高纯或多离子掺杂？高纯或多离子掺杂？要求掌握：要求掌握：基本工艺流程（原理和工艺控制参数）基本工艺流程（原理和工艺控制参数）选择性掺杂的掩蔽膜（选择性掺杂的掩蔽膜（Mask）质量控制和检测质量控制和检测 后退火工艺的目的与方法后退火工艺的目的与方法 沟道效应沟道效应 在器件工艺中的各种主要应用在器件工艺中的各种主要应用 离子注

2、入技术的优缺点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离子注入系统的主要子系统CMOS Structure with Doped Regionsn-channel Transistorp-channel TransistorLI oxidep epitaxial layerp+silicon substrateSTISTISTIn+p+p-welln-wellp+pp+pp+n+nn+nn+ABCEFDGHKLIJMNOn+nn+p+pp+Ion Implant in Process FlowImplantDiffusionT

3、est/SortEtchPolishPhotoCompleted waferUnpatterned waferWafer startThin FilmsWafer fabrication(front-end)Hard mask(oxide or nitride)Anneal after implantPhotoresist mask4.1.离子注入原理离子注入原理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)Low dopant concentration(n,p)and shallow junction(xj)MaskMaskSilicon

4、substratexjLow energyLow doseFast scan speedBeam scanDopant ionsIon implanterb)High dopant concentration(n+,p+)and deep junction(xj)Beam scanHigh energyHigh doseSlow scan speedMaskMaskSilicon substratexjIon implanter 重离子在材料中与靶原子的碰撞是“弹性”库仑散射)(40fEMMMMEtitiT）级联散射Energy Loss of an Implanted Dopant Atom

5、SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiX-raysElectronic collisionAtomic collisionDisplaced Si atomEnergetic dopant ionSilicon crystal latticeFigure 17.9 能量损失：散射路径R，靶材料密度，阻止本领SEenEEtotpenueltotESESdEESdEdxdEdEERdxdEdxdEdxdE000)()()()(）能量损失 注入离子的分布N（x）（无电子散射）注入剂量注入剂量 0（atom/cm-2），射程：），射程：Rp标准

6、偏差RpScanning disk with wafersScanning directionFaraday cupSuppressor apertureCurrent integratorSampling slit in diskIon beam 对于无定型材料，有：为高斯分布 97页页 图图4.8 2021exp2)(pppRRxRxNtitippMMMMRR32 平均射程pRPage 107 多能量、多剂量注入 4.1.2.设备Analyzing MagnetGraphiteIon sourceAnalyzing magnetIon beamExtraction assemblyLigh

7、ter ionsHeavy ionsNeutralsFigure 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？。4.3.注入离子的激活与辐照损伤的消除P.1031121）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atitiTEfEMMMME)(40）大剂量大剂量非晶化非晶化临界剂量（临界剂量（P。111）与什么因素有关？与什么因素有关？如何则量？如何则量？Annealing of Silicon CrystalRepaired Si lattice struct

8、ure and activated dopant-silicon bondsb)Si lattice after annealinga)Damaged Si lattice during implantIon BeamFigure 17.27 热退 P107 等时退火Isochronal Annealing等温退火Isothermal Annealing/exp()(0tNTtN、)/exp(kTEAe1）激活率(成活率)（%）Si：P、B100%，As 50%2）临界通量C(cm-2)F4.16与注入离子种类、大小，能量有关与注入离子种类、大小，能量有关与注入时的衬底温度有关与注入时的衬底温

9、度有关3）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、少退火完成的指标：电阻率、迁移率、少子寿命子寿命 4.4.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 P离子注入SiSiO2Si3N4E(keV)Rp(m)Rp(m)Rp(m)Rp(m)Rp(m)Rp(m)100.0140.0070.0110.0050.0080.004200.0250.0120.0200.0080.0150.006500.0610.0250.049

10、0.0190.0380.0141000.1240.0460.1000.0330.0770.026有掩膜时的注入杂质分布？Controlling Dopant Concentration and Deptha)Low dopant concentration(n,p)and shallow junction(xj)MaskMaskSilicon substratexjLow energyLow doseFast scan speedBeam scanDopant ionsIon implanterb)High dopant concentration(n+,p+)and deep junctio

11、n(xj)Beam scanHigh energyHigh doseSlow scan speedMaskMaskSilicon substratexjIon implanterFigure 17.5 3。遮挡(注入阴影效应Implant Shadowing)（P119）4.硅片充电Resista)Mechanical scanning with no tiltIon beamb)Electrostatic scanning with normal tiltResistIon beamElectron Shower for Wafer Charging ControlAdapted from

12、Eaton NV10 ion implanter,circa 1983+Ion beam-Biased apertureElectron gunSecondary electron targetSecondary electrons+Ion-electronrecombinationWaferFigure 17.23 一次电子一次电子(几百几百eV)二次电子二次电子(20eV)不能有高能电子不能有高能电子!Plasma Flood to Control Wafer Charging-BiasedapertureIon beamNeutralized atomsWafer scan direct

13、ionCurrent(dose)monitorPlasma electron flood chamberArgon gas inletElectron emissionChamber wall+SNSN+ArArAr高能高能离子注入设计离子注入设计掩蔽膜的形成掩蔽膜的形成离子注入离子注入退退 火火测测 试试Trim分布、掩蔽膜设计、离子源分布、掩蔽膜设计、离子源氧化膜、氧化膜、Si3N4膜、光刻和光刻胶膜、光刻和光刻胶衬底温度、能量、注量衬底温度、能量、注量温度、时间（多步快速热退火）温度、时间（多步快速热退火）激活率、残留缺陷、注入层寿命、激活率、残留缺陷、注入层寿命、注入离子再分布（方块电

14、阻、结注入离子再分布（方块电阻、结深）、深）、I-V和和C-V特性特性离子注入工艺流程离子注入工艺流程 4.5.离子注入工艺的应用1。掺杂（P。115）2。浅结形成（Shallow Junction Formation,p116)3。埋层介质膜的形成(page 116)如：注氧隔离工艺（SIMOX）（Separation by Implanted Oxygen)4。吸杂工艺如：等离子体注入（PIII）吸杂工艺（Plasma Immersion Ion Implantation）5。Smart Cut for SOI6。聚焦离子束技术7。其它（如：离子束表面处理）Buried Implanted

15、 Layern-wellp-wellp Epi layerp+Silicon substratep+Buried layerRetrograde wells埋层注入，替代埋层扩散和外延埋层注入，替代埋层扩散和外延控制闩锁效应控制闩锁效应Retrograde Welln-wellp-wellp+Buried layerp+Silicon substraten-type dopantp-type dopantp+n+倒置井：闩锁效应和穿通能力Punchthrough Stopn-wellp-wellp+Buried layerp+Silicon substraten-type dopantp-ty

16、pe dopantp+p+n+n+穿通阻挡Implant for Threshold Voltage Adjustmentn-wellp-wellp+Buried layerp+Silicon substraten-type dopantp-type dopantp+p+pn+n+n阈值电压调整Source-Drain Formations+-+-n-wellp-wellp+Buried layerp+Silicon substratep+S/D implantn+S/D implantSpacer oxideDrainSourceDrainSourceb)p+and n+Source/dra

17、in implants(performed in two separate operations)+-n-wellp-wellp+Buried layerp+Silicon substratep-channel transistorp LDD implantn-channel transistorn LDD implantDrain SourceDrain SourcePoly gatea)p and n lightly-doped drain implants(performed in two separate operations)Dopant Implant on Vertical Si

18、dewalls of Trench Capacitorn+dopantn+p+Tilted implantTrench for forming capacitor沟槽电容器（取代沟槽电容器（取代DRAM的平面存储电容）的侧壁掺杂的平面存储电容）的侧壁掺杂Ultra-Shallow Junctions180 nm20 gate oxide54 nm arsenic implanted layerPoly gateP118CMOS Transistors with and without SIMOX Buried Oxide Layera)Common CMOS wafer constructio

19、nn-wellp-wellEpi layerSilicon substrateb)CMOS wafer with SIMOX buried layern-wellp-wellImplanted silicon dioxideSilicon substrateSilicon substrateDose Versus Energy MapProximity getteringPresent applicationsEvolving applicationsPoly dopingSource/drainDamageengineeringBuried layersRetrogradewellsTrip

20、le wellsVt adjustChannel and drain engineering0.1110100100010,0001016101110121013101410151017Energy(keV)Dose(atoms/cm2)4.6.离子注入工艺特点（与扩散比较）总体优于扩散，在当代总体优于扩散，在当代IC制造中，已基本取代扩散制造中，已基本取代扩散掺杂掺杂。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（10111017cm-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

21、 4.离子注入设计SUPREM和TRIM Code是否掌握了？是否掌握了？基本工艺流程（原理和工艺控制参数）基本工艺流程（原理和工艺控制参数）选择性掺杂的掩蔽膜（选择性掺杂的掩蔽膜（Mask）质量控制和检测质量控制和检测 后退火工艺的目的与方法后退火工艺的目的与方法 沟道效应沟道效应 在器件工艺中的各种主要应用在器件工艺中的各种主要应用 离子注入技术的优缺点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离子注入系统的主要子系统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

22、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

23、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

24、，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

25、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、

26、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。6

27、3、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，碳正是因为压力而变成闪耀的钻石。67、现实会告诉你，不努力就会被生活给踩死。无需找什么借口，一无所有，就是拼的理由。68、人生道路，绝大多数人，绝大多数时候，人都只能靠自己。69、不是某人使你烦恼，而是你拿某人的言行来烦恼自己。70、当一个人真正觉悟的一刻，他放弃追寻外在世界的财富，而开始追寻他內心世界的真正财富。71、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

28、开始。72、人生应该树立目标，否则你的精力会白白浪费。73、山涧的泉水经过一路曲折，才唱出一支美妙的歌。74、时间告诉我，无理取闹的年龄过了，该懂事了。75、命运是不存在的，它不过是失败者拿来逃避现实的借口。76、人总是在失去了才知道珍惜！77、要铭记在心：每天都是一年中最美好的日子。78、生活远没有咖啡那么苦涩，关键是喝它的人怎么品味！每个人都喜欢和向往随心所欲的生活，殊不知随心所欲根本不是生活。79、别拿自己的无知说成是别人的愚昧！80、天空的高度是鸟儿飞出来的，水无论有多深是鱼儿游出来的。81、思想如钻子，必须集中在一点钻下去才有力量。82、如果我坚持什么，就是用大炮也不能打倒我。83、

29、我们要以今天为坐标，畅想未来几年后的自己。84、日出时，努力使每一天都开心而有意义，不为别人，为自己。85、有梦就去追，没死就别停。86、今天不为学习买单，未来就为贫穷买单。87、因为一无所有这才是拼下去的理由。88、只要我还有梦，就会看到彩虹!89、你既认准这条路，又何必在意要走多久。90、尽管社会是这样的现实和残酷，但我们还是必须往下走。91、能把在面前行走的机会抓住的人，十有八九都会成功。92、你能够先知先觉地领导产业，后知后觉地苦苦追赶，或不知不觉地被淘汰。93、强烈的信仰会赢取坚强的人，然后又使他们更坚强。94、人生，不可能一帆风顺，有得就有失，有爱就有恨，有快乐就会有苦恼，有生就有死，生活就是这样。95、好习惯的养成，在于不受坏习惯的诱惑。96、凡过于把幸运之事归功于自我的聪明和智谋的人多半是结局很不幸的。97、如果我们一直告诫自己要开心过每一天，就是说我们并不开心。98、天气影响身体，身体决定思想，思想左右心情。99、不论你在什么时候结束，重要的是结束之后就不要悔恨。100、只要还有明天，今天就永远是起跑线。