通過引入專門的摻雜物(摻雜)，采用離子注入(ion plantation)或熱擴散(termal difusion)工藝，在晶圓表面形成結。用熱擴散,摻雜材料被引入晶圓頂層暴露的表面，典型地是通過在頂層二氧化硅的孔洞。通過加熱，它們被散布到晶圓的體內。散布的量和深度由一套規(guī)則控制。這些規(guī)則源自一套化學規(guī)則，無論何時晶圓被加熱到一個閾值溫度，這套規(guī)則將控制摻雜劑在晶圓中的任何運動。在離子注入中,顧名思義摻雜劑材料被射入晶圓的表面，進來的大部分摻雜劑原子靜止于表面層以下。此外，擴散規(guī)則也控制注入的原子運動。對于摻雜，離子注人已經取代了較老的熱擴散工藝。并且離子注人還在當今的小型和多種結構器件方面起作用。因此，本章以討論半導體的結開始，進而到擴散技術和規(guī)則，以描述離子注人工藝結尾。

氣體擴散、液體擴散

二、擴散工藝的步驟

在半導體晶圓中應用固態(tài)熱擴散工藝(solid-statethermaldifusion)形成結需要兩步第一步稱為淀積( deposition),將摻雜劑引人晶圓表面；第二步稱為推進氧化(drive-in-oxidation)，將摻雜劑推進(散布)到期望的深度。兩步都是在水平式或垂直式爐管中進行的。

第一步：淀積

淀積(也稱為 predeposition,dep或predep)在爐管中進行,晶圓位于爐管的恒溫區(qū)中。摻雜源位于雜質源箱中，它們的蒸氣以所需的濃度被送到爐管中。使用的摻雜劑有液態(tài)源、氣態(tài)源和固態(tài)源。

在爐管中，雜質原子擴散到裸露的晶圓中。在晶圓內部,摻雜原子以兩種不同的機制運動:空位模式和間隙模式。在空位模式中[見下圖(a)，摻雜原子通過占據晶格空位來運動，稱為填空雜質(vacaney)。第二種模式[見下圖(b)]依賴于雜質的間隙運動。在這種模式中，摻雜原子在晶格間(即間隙位置)運動。

擴散模式(a)空位模式;(b)間隙模式

淀積工藝受幾個因素控制或約束。一個因素是特定雜質的擴散率(dimusivity)。擴散率計量的是雜質在特定晶圓材料中的運動速率。擴散率越高，雜質在晶圓中的穿越越快。擴散率隨溫度的上升而變大。

另外一個因素是雜質在晶圓材料中的最大固溶度(maximumsolid solubility)。最大固溶度是特定雜質在晶圓中所能達到的最高濃度。相似的例子是咖啡中糖的最大溶解度?？Х戎荒苋芙庖欢康奶?，而后便會在杯底凝結為固態(tài)糖。最大固溶度隨溫度的升高而升高在半導體淀積步驟中,將雜質濃度故意設置得比晶圓材料中的最大固溶度更高。這種情形下，確保晶圓可接受最大摻雜量。進人品圓表面的雜質數量僅僅與溫度有關，淀積在所謂的固溶度允許條件下進行。硅中不同雜質的固溶度如下圖所示。

品圓中不同層面雜質原子濃度是影響二極管和晶體管性能的重要因素。下圖顯示了淀積后雜質濃度隨深度變化的關系曲線。曲線的形狀是特定的，這就是數學中所稱的誤差函數(error funeton)。影響器件性能的一個重要參數就是晶圓表面的雜質濃度。這被稱為表面濃度(surace concentration),是誤差函數曲線與縱軸相交處的值。另外一個淀積參數就是擴散到晶圓內部的全部雜質原子數量。這個數量隨淀積的時間而增加。計算上，原子的數量(Q)由誤差函數曲線下方的面積所代表。

三種不同淀積時間的典型淀積雜質分布(誤差函數)

淀積依賴于待摻雜物質蒸氣原子在爐管中的濃度。蒸氣產生于爐管設備上的雜質源箱內的雜質源,由攜帶氣體帶入爐管中。雜質源為液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)。多種元素有超過一種形態(tài)的雜質源可以使用。

液態(tài)源由一惰性攜帶氣體從長頸石英瓶(起泡器)被計量導人淀積爐管氣態(tài)摻雜劑穿過一個支管通過壓力罐被計量導入淀積爐管。

液態(tài)雜質源

 多種氣態(tài)源

通用的另一種固態(tài)源是平面源“晶圓”。它們是與晶圓一樣大小的一個塊。硼塊是含硼和氮的化合物(BN)，也有可用做砷和磷摻雜的雜質塊。

雜質塊堆放于淀積舟上，每兩片器件晶圓放一片雜質塊。這種排列方式被稱為近鄰固態(tài)源(solid neighbor source)。在爐管中,雜質從雜質塊中擴散出，通過很短的距離到達并擴散到晶圓表面內部。

第三種固態(tài)源是直接旋轉涂敷在品圓表面的。源是粉末狀氧化物(同遠程源相同)與溶劑的混合物。留在品圓表面的就是一層摻雜的氧化物。淀積爐管的熱使雜質從氧化物中擴散到晶圓內部。

第二步：推進氧化

擴散工藝的第二個主要部分就是推進氧化步驟。它的不同稱謂有推進(drive-in)、擴散(diusion)、再氧化(reoxidation)或reox。這一步的目的是雙重的:在晶圓的雜質再分布和在暴露的硅表面再生長新的氧化層。

• 雜質在晶圓中向更深處的再分布。在淀積過程中，高濃度但很淺的雜質薄層擴散進晶圓表面推進過程沒有雜質源。就像噴霧瓶按下噴嘴后噴出的物質會不斷地擴散到整個房間一樣，僅是熱推動雜質原子向晶圓的更深度和更廣度護散。在此步中，淀積所引人的原子數量(Q)恒定不變。表面的濃度降低，原子形成新的形狀分布。推進步驟后的分布在數學上用高斯分布來描述(見下圖)結深的增加。通常，推進氧化工藝的溫度高于淀積步驟。

推進氧化。(a)晶圓的截面圖:(b)晶圓內部的雜質濃度

• 推進氧化的第二個目的就是暴露的硅表面的氧化。爐管中的氛圍是氧氣或水蒸氣，雜質向晶圓推進的同時進行氧化。

一些擴散步驟后，會對工程電路芯片上的測試結構進行電測試以獲得結的參數。

三、離子注入簡介

MOS晶體管的發(fā)展產生了兩個新的要求:低摻雜濃度控制和超淺結。高效MOS晶體管要求柵區(qū)的摻雜濃度小于10¹⁵原子/cm²。然而,擴散工藝很難實現這一級別上的一致性。為了實現高封裝密度而按比例縮小的晶體管，也需要源漏區(qū)的淺的結深。結深已經不斷地減小，預計在2016年達到亞10nm的結。

第4個問題由摻雜區(qū)的物理或數學特性引出。雜質原子的大部分靠近晶圓表面。這使得大部分電流會在雜質主要分布的表面區(qū)附近流動。遺憾的是，這個區(qū)域(晶圓內和表面)與沾污干擾或電流退化區(qū)相同。先進器件所需的，在晶圓表面具有特定雜質梯度的特殊阱區(qū)無法由擴散技術來實現。這些阱區(qū)使高性能晶體管得以實現離子注入克服了擴散的限制，同時也提供了額外的優(yōu)勢。諷刺的是,雖然離子注入工藝是現代摻雜工藝，但該技術卻有一個很長的歷史。在20世紀四、五十年代根據物理學家羅伯特·范·格拉夫(Robent VanGra)在麻省理工學院(MIT)和普林斯頓(Princeton)早期的工作，制造出了離子注入機。1954年威廉·肖克利(William Shockely)(是的,那個Shockely)提出一項關于半導體制造中使用離子注入機的專利。

離子注入過程中沒有側向擴散，工藝在接近室溫下進行，雜質原子被置于晶圓表面的下面，同時使得寬范圍濃度的摻雜成為可能。有了離子注入，可以對晶圓內摻雜的位置和數量進行更好的控制。另外，光刻膠和薄金屬層與通常的二氧化硅層一樣可以作為摻雜的掩膜基于這些優(yōu)點，先進電路的主要摻雜步驟都采用由離子注入完成就不足為奇了。

離子注入的概念

離子注入。(a)品圓內注人離子的分布;(b)離子注人機的方框圖

四、離子注入系統(tǒng)

一臺離子注人機是多個極為復雜精密的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)對離子起特定的作用。用于先進科研和/或大規(guī)模生產的離子注入機有不同的設計。所有機器都包含下面所描述的子系統(tǒng)。

• 自動的多品種摻雜劑
• 晶圓片內、晶圓片間和批與批注入的均勻性
• 污染小
• 滿足可生產性等級

1）離子注入源

離子注入工藝采用與擴散工藝相同的雜質元素。在擴散工藝中，雜質源于液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)材料。對離子注入而言，只采用氣態(tài)與固態(tài)源材料。

由于便于使用與控制，離子注入偏向于使用氣態(tài)源。最常用的氣體是砷烷(AsH₃)、磷烷(PH₃)和三氟化硼(BF₃)。離子注入的一個優(yōu)勢是可選的材料范圍更廣。可以注入硅(SiF₂)和鍺(GeF₄)。砷元素和磷元素是采用固體源進行注入的。氣瓶通過質量流量計連接到離子源子系統(tǒng)，它提供了比正常流量計更準確的氣體流量控制。

2） 離化反應室

“離子注入"這個名字就暗示了離子是該工藝的一部分?；仡櫼幌?離子就是帶正電荷或負電荷的原子或分子。被注人的離子是摻雜物原子離化產生的。離化過程發(fā)生在通有源蒸氣的離化反應腔中。該反應腔保持約10^-3托的低壓(真空)。反應腔內部燈絲加熱到其表面可以發(fā)射電子的溫度。帶負電的電子被反應腔中的陽極所吸引。電子從燈絲運動到陽極的過程中與雜質源分子碰撞，產生大量該分子所含元素形成的正離子。BF₃源離化的結果如圖所示。另一種離化方法采用冷陰極技術產生電子，陰極和陽極間加高壓電場，以自維持工藝產生電子。

BF3源的離子種類

3）質譜分析或離子選擇

上圖列出的是單個硼離子。這是晶圓表面所需的原子。氟化硼離化過程中產生的其他種類的離子是晶圓所不需要的。必須從一組正離子中選出硼離子。這個過程稱為分析(analyzing)、質譜分析(mass analyzing)、選擇(selection)或離于分離(ion separation)。

選擇是在質譜分析儀中完成的。這個子系統(tǒng)最初是在曼哈頓項目(Manhattan Project)中為原子彈首先開發(fā)的。分析儀產生磁場，不同種類的離子以15~40keV(千電子伏特)的能量離開離化子系統(tǒng)。換言之，它們以相對很快的速度運動。

分析磁鐵

在磁場中，每一種帶正電的離子都會被以特定的半徑沿形扭轉。偏轉弧形的半徑由該種離子的質量、速度和磁場強度來決定。分析儀的末端是一個只能讓一種離子通過的狹縫。場強度被調整為與硼離子能通過狹縫的要求所匹配的值。這樣，只有硼離子通過分析子系統(tǒng)。

在有些系統(tǒng)中，離子被加速后還會進行分析。如果注入所需種類為分子，并且在加速過程中可能分裂，則加速后必須進行分析以確保束流沒有污染。

在某些情況下，在分析器中分離元素家族包含一些更接近于期望的注入元素的質量成分，稱其為質量干擾(massinterference)。它們無法在分析磁鐵中解決和在注人束流中結束。另外,可能存在期望元素的原子,它們有不同的能量,但有相同的磁特性。這些原子也可以在注入東流中和晶圓中結束。

4） 加速管

離開分析部分后，硼離子運動到加速管中。其目的是將離子加速到足夠高的速度，獲取足夠高的動量以穿透晶圓表面。動量(momentum)定義為原子質量與其速度的乘積。這個部分保持在高真空(低壓)以便將進入東流的沾污降到最低。為此，常使用渦輪真空泵(見第13章)。

利用正負電荷互相吸引的特性可以獲取所需的速度。加速管為直線型設計，沿軸向有環(huán)形的電極。每個電極都帶有負電。電荷量沿加速管方向增加。當帶正電的離子進入加速管后，立刻會沿著加速管的方向加速。電壓的確定基于離子的質量，以及離子注入機晶圓端所需的動量。電壓越高，動量越高，速度越快,離子人射越深。低能離子注入機的電壓范圍為5~10keV，高能離子注入機為0.2~2.5MeV(百萬電子伏特)。

離子注入機分為如下類別:中等束流和高束流設備，高能量與氧離子注入機。離開加速管的正離子流實際上就是電流。束流高低水平可轉化為每分鐘注入的離子數量。束流越高，人射原子就越多。被注人的原子量稱為劑量(dase)。中等束流的機器可以產生0.5~1.7mA范圍的束流，能量范圍為30-200keV。高束流機器能產生能量高達200kev”且東流強度達10mA的束流。高能量離子注人機在CMOS摻雜中應用，包括倒摻雜的阱、溝道停止和深埋層。

5）晶圓電荷積累

高束流離子注入的一個問題是晶圓表面所帶電荷(晶圓帶電)大到無法接受的程度。高強度束流攜帶大量正電荷，使晶圓表面充電。正電荷從品圓表面、晶圓體內和束流中吸引中和電子。高電壓充電可以使表面絕緣層退化和破壞。晶圓帶電是MOS介質層的特有問題。用于中和或降低充電的方法:專門設計用于提供電子的電子槍(oodgun)，用等離子橋的辦法提供低能電子，同時通過磁場控制電子路徑。

下圖顯示了用于生產層次的離子注入機的束流與能量的關系。高能離子注入機將離子加速到10keV到3,0MeV能量，束流最高可達1.0mA。氧離子注入機用做SOI應用中的氧離子注入。

離子注入機傳統(tǒng)的分類是基于應用的。然面，更先進的離子注入機不能簡單地劃分，一些系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)類型含義更廣的工藝窗口的能力。

 離子注入機

成功的離子注入依賴于只注人所需的原子。單一摻雜要求系統(tǒng)維持在低壓下(優(yōu)于10^-6托)。風險在于任何殘留在系統(tǒng)中的分子(比如空氣)都可能被加速并到達晶圓表面。擴散泵或高真空冷泵被用來降低壓力。

6）束流聚焦

離開加速管后，束流由于相同電荷的排斥作用面發(fā)散。分離(發(fā)散)導致離子密度不均和晶圓摻雜層的不均一。為使離子注入成功，束流必須聚焦。靜電或磁透鏡用于將離子聚焦為小尺寸束流或平行束流帶口。平行離子東是極其重要的，尤其是對晶體管的柵的應用，因為離子束的偏差可能引起不均勻的摻雜劑的劑量，進而影響品體管的性能。

7）束流中和

盡管真空去除了系統(tǒng)中的大部分空氣，但是束流附近還是有一些殘存的氣體分子。離子和剩余氣體原子的碰撞導致?lián)诫s離子的中和:

在晶圓內，這些電中性的粒子導致?lián)诫s不均勻，同時由于它們無法被設備探測計數，還會導致品圓摻雜量的計數不準確。抑制中性粒子流的方法是通過靜電場板的方法將束流彎曲，中性的束流會繼續(xù)沿直線運動而遠離晶圓(見下圖)

離子東流在中性束流中偏移

8）束流掃描

離子東流比晶圓有更小的直徑(約為1em)。若要以均勻摻雜覆蓋整個晶圓，就要用束流對晶圓掃描。可使用3種方法:束流掃描、機械掃描和快門，可采用任意一種或多種組合。

束流掃描的系統(tǒng)使束流通過多個靜電場電極板(見下)。電極板的正負電性可受控改變以吸引或排斥粒子束流。通過兩個方向上的電性控制，束流會以光柵掃描方式掃過整片晶園。

靜電束流掃描

束流掃描方式主要用于中等束流離子注人機注入單片晶圓。其過程迅速而均勻，缺點是東流需全部離開品圓以實現轉向。對于大尺寸晶圓來說，其過程會使注人時間延長30%或更多。高束流機器上的另一個問題是高密度離子導致的放電(所謂空間電荷力)會毀壞靜電板寬束流掃過晶圓。在有些系統(tǒng)中，每掃一次，晶圓就旋轉90°以確保其均勻性機械掃描解決掃描問題的方式為使束流固定在一個位置，在其前面移動晶圓。

機械掃描主要用在高束流的機器上。優(yōu)點之一是無須浪費時間扭轉束流，同時束流速度恒定。如果品圓與東流問有一個角度，有可能導致注人深度不均勻。但在有些情況下，品圓被定向為與束流有一個角度。束流快門使用電場或機械快門使束流在品圓上接通，離開品圓時斷開。多數系統(tǒng)使用束流掃描和機械運動的組合。

9）終端和靶室

實際的離子注入發(fā)生在終端的靶室內。它包括掃描系統(tǒng)與裝卸片機械裝置。對靶室有兒條很嚴格的要求，品圓必須裝載到靶室內和抽真空，晶圓必須逐一放到固定器上，注入結束后，晶圓被取下裝人片架盒，從靶室取出。

現在使用的注人晶圓表面的束流方式有批量式和單片式兩種設計(見下圖)。批量式效率更高，但是對其維護和對準要求更高。對于批量式，晶圓被放置在一個圓盤上，它可以面對東流轉動，使其被掃插。多種運動增加了劑量的均勻性。要加工完一組晶圓，由于增加了裝片,抽真空、注人和卸片的時間，單片式設計要求更多的時間。為了增加均勻性，也有可能是一個機械裝置推動該盤在離子束前左、右運動。多重運動增加了劑量的均勻性。由于增加了裝片、抽真空、注入和卸載的時間，單晶片的設計需要更多的時間來處理一組晶圓但單一品圓系統(tǒng)需要傾斜，以避免束流穿過溝道到下面品面，并避免束流被晶圓上已有結構的凸起形貌意蔽。

批量式注人品網表面的束流方式

對于終端抽真空，優(yōu)選是低溫泵。在工藝過程中產生的沾污有來自品圓除氣的氨氣和來自光刻膠掩蔽層氫氣。低溫泵(見第13章)是捕獲型的，并保持氣這一潛在危險凍結在泵中。

機械運動可能比離子注人本身的時問更長。改進包括裝卸片鏡，使得裝載晶圓時無須破壞靶室的真空。一個大的挑戰(zhàn)是在如此多的機械運動下保證室內的低微粒數。室內防靜電器件的安裝是關鍵。靜電機械手(沒有機械夾具)是一種選擇晶片破碎時的碎片和粉塵會造成污染，需要非常耗時的清潔工作。晶圓表面的污染造成陰影效應，阻礙粒子柬流入射。必須保持生產速度，必須可以快速實現真空以開始注入，同時快速恢復到常壓以卸片。靶室可能裝有探測器(法拉杯)，以計數注人品圓表面的離子數。這套監(jiān)測系統(tǒng)使工藝自動化，允許離子柬接觸品圓，達到正確的劑量。

高束流注入可能造成品圓升溫，這些機器設備通常在品圓固定裝置上有冷卻機構。這些機器設備還裝有泛流電子槍(eleetron doadu)(見下圖)，泛流電子槍被設計為使電荷積累最小化，電荷積累會導致吸附沾染物。

10） 離子注入掩膜

離子注入的一個重要優(yōu)點是多種類型的掩膜都可以有效地阻止離子束流。對于擴散工藝,唯一有效的掩膜是二氧化硅。半導體工藝所用的大多數薄膜都可用來阻止束流，包括光刻膠、二氧化硅、氮化硅、鋁及其他金屬薄膜。下圖比較了阻礙200keV的不同雜質源注入所需的掩膜厚度。

使用光刻膠薄膜而不是刻蝕開的氧化層作為掩膜，提供了與剝離(Iift-off)工藝相同的尺寸控制優(yōu)勢，取消了刻蝕步驟以及它所引人的變化。使用光刻膠還能使生產效率更高。作為二氧化硅的替代物，將晶圓要經過的加熱步驟減到最少，從而提高了整體良品率。

阻止束流所需的掩膜厚度

五、離子注入區(qū)域的雜質濃度

離子注入后的晶圓表面的離子分布與擴散工藝后的分布不同。擴散工藝中，雜質原子的數量和位置由擴散定律、時間和溫度決定。離子注人工藝中，原子數量(劑量)由東流密度(每平方厘米面積上的離子數量)和注入時間來決定。晶圓內部離子的具體位置與離子能量晶圓取向、離子的停止機制有關。前兩個是物理因素。入射離子的質量越大和/或能量越高在晶圓中移動就越深。晶圓取向影響到停止位置是由于不同品面上原子密度的不同，而離了是被晶圓原子停住的。

晶圓內部，粒子的減速及停止基于兩種機制。正離子由于晶體內部帶負電的電子而減速。另外的交互作用是與晶圓原子核的碰撞。所有使停因素都是變化的;離子的能量是有分布的，晶體不是完美的，電的交互反應與碰撞會發(fā)生變化。最終的影響是離子停在品圓內一定的區(qū)間范圍(見下圖)。它們集中在一定的深度處稱為投影射程(projectedrange)，兩側濃度逐漸降低。額外的注人產生相似的分布圖形。不同離子的投影射程如下圖所示。在數學上，離子分布的形狀是高斯曲線。人射離子與品圓體的結發(fā)生在人射離子濃度與體濃度相同的地方。

離子注入后雜質濃度分布剖面圖

在硅中各種雜質的投影射程(依據 Blanchard 、Trapp 和 Shepard )

1） 晶體損傷

在離子注入過程中，由于人射離子的碰撞，晶圓晶體結構受到損傷。有3種類型的損傷:晶格損傷、損傷群簇、空位-間隙。晶格損傷發(fā)生在人射離子與原物質原子發(fā)生碰撞，并取代原物質原子的品格位置時。損傷群發(fā)生在被替位的本物質原子繼續(xù)替代其他本物質原子的位置，產生成簇的被替位的原子時。離子注入產生的常見缺陷是空位-間隙。當原物質原子被人射離子撞擊出本來位置，停留在非品格位置時,將產生這種缺陷(見下圖)。

空位-間隙損傷機理

像硼這樣的輕原子產生很少量的替位原子。像磷和砷這樣較重的原子產生大量的替位原子。隨著轟擊的延續(xù)，錯位密集區(qū)域可能變?yōu)闊o定型(非晶態(tài))結構。除去離子注人造成的結構損傷外，還有電學上的影響。由于注入的離子沒有占據晶格位置，所以受損區(qū)域沒有所需的電特性。

2） 退火和雜質激活

修復晶體損傷和注人雜質的電激活可以通過加熱的步驟來實現。退火的溫度低于擴散摻雜時的溫度以防止橫向擴散。通常爐管中的退火在600℃~1000℃之間的氨氣中進行離子注人后的退火也用到RTP技術。RTP提供快速表面加熱修復損傷，而不使襯底溫度達到擴散的程度。且快速熱退火可以在數秒鐘內完成，而爐管工藝需要15-30分鐘。

3） 溝道效應

晶圓的晶體結構在離子注入工藝中會出現一個問題。問題發(fā)生在當晶圓的主要晶軸對準離子束流時。離子可以沿溝道深人，達到計算深度的10倍距離處。溝道效應的離子濃度剖面圖顯示出數量顯著的額外雜質。溝道效應可以通過幾種技術最小化:表層的無定型阻礙層、晶圓方向的扭特及在晶圓表面形成損傷層。

溝道效應對整體劑量的影響

通常的無定型阻礙層是生長出的一薄層二氧化硅。這一層入射離子的方向是隨機的，以便離子以不同角度進人品圓，不會直接沿品體溝道深入。將晶圓取向偏移主要晶面3°~7°，可以起到防止離子進入溝道的效果。使用重離子如硅、鍺對晶圓表面的傷注入會在晶圓表面形成不定向層。這種方法增加了昂貴離子注入設備的使用。溝道效應在低能量重離子注入時問題會更突出。

通過無定型氧化層的離子注入

將束流偏離所有晶軸

在晶體表面的預摸傷

六、 離子注入層的評估

對離子注入晶圓的評估基本同擴散層的評估一樣。采用四探針測試儀測試該層的方塊電阻。擴散電阻技術和電容-電壓技術決定剖面濃度、劑量和結深。結深也可以由斜角染色法來決定。

對于注入層，一種稱為范德堡(VanDerPauw)結構的特殊結構有時用來替代四探針測試儀。這種結構允許決定方塊電阻而沒有四探針的接觸電阻問題。注人后的晶圓變化可能來自多種因素:束流的均勻度、電壓的變化、掃描的變化及機械系統(tǒng)的問題。這些潛在問題有可能導致比擴散工藝更大的方塊電阻的變化。為檢測和控制整個品圓表面的方塊電阻，繪圖技術很流行。晶圓表面繪圖基于計算機校正鄰近與邊緣效應后的四探針測試。

四探針表面測試圖形(經Pnmelries 許可)

離子注入的特殊測試技術是光學劑量測定。這項技術要求旋轉涂有光刻膠的玻璃盤。在放入離子注入機以前，光刻膠膜被劑量檢測儀掃描，以測最膜的吸收率。這條信息存儲在計算機中。這個晶圓與上面的膜接受了與器件晶圓相同的離子注入。光刻膠吸收一定劑量的離子而變黑。注入后，該膜被再次掃描。計算機將每一點都減去注入前的值，打印出表面的等高線圖。等高線的線間距反映了表面摻雜的均勻性。

離子劑量的等高線圖

七、 離子注入的應用

離子注入可以成為任何淀積的替代工藝。它有更好的可控性且沒有側向擴散，使它成為高密度、小特征尺寸電路的首選摻雜工藝。CMOS器件中的預淀積應用就是高能離子注人形成深P型阱、倒摻雜阱(ntrogradewell)的首創(chuàng)。

一個特別的挑戰(zhàn)是超淺結。這些結在亞125mm范圍。當器件不斷按比例縮小，結的尺寸也變小了。這反過來導致更低能量的離子注入工藝，以減小表面攝傷和溝道效應。這導致了代替BF₃、而使用純硼注入，前者含有腐蝕性的氟。所以一些要求都被新一代的離子注入機所滿足，它們可提供可以接受的低能量時的高劑量束流。

離子注入的一個主要應用是MOS柵值電壓的調整。一個MOS晶體管由三部分組成:源、漏和柵。工作時，源和漏之間加電壓。然而,在柵極加電之前，二者之間無電流。當柵極加電壓后，表面形成導電溝道，并連通源、漏極。形成初始導電溝道時所需的柵電壓成為該器件的閥值電壓。該閥值電壓對于柵下的晶圓表面雜質濃度非常敏感。離子注入被用于形成柵區(qū)所需的雜質濃度。并且，在MOS技術中，離子注人被用來改變場區(qū)的雜質濃度。然而在這種應用中，目的是為了設定一定級別的濃度，以防止相鄰器件間的電流。在此應用中，注入層是隔離方案的一部分。

在雙極技術中，離子注入被用來形成各種晶體管部件。離子注入提供的可自定義的雜質剖面可以提高器件性能。一個特別的應用是砷的埋層。當埋層用擴散形成時，高濃度的砷離子影響下一步表面外延層的質量。通過使用砷離子注入，使高濃度砷成為可能，熱退火可以修復損傷，可以進行高質量外延層的淀積。離子注入適合MOS和雙極電路中的電阻形成。擴散電阻的均勻性在5%-10%間變化而離子注入電陽的變化僅為1%或更好,下圖是一個離子注入雜典型的應用表。

參考文獻：

(客服電話4001021226)

銷售 | 租賃 | 定制

愛蛙幫您找到最合適的光傳感解決方案