半导体制造之离子注入工艺

旋转圆盘与旋转轮类似，不同之处在于旋转圆盘不是摆动整个圆盘，而是用扫描离子束的方式在整个晶圆表面获得均匀的离子注入。下图说明了旋转圆盘系统。

另一种离子注入机晶圆处理系统如下图(a)所示，它结合了离子束的扫描与晶圆的运动。当晶圆通过步进马达在/方向上移动时，改变扫描电极间所施加的偏压就可使离子束在先轴上来回扫描。整个晶圆可以利用这种方式均匀进行离子注入。这种扫描技术可以用在单晶圆的注入系统中。

对于有些单晶片注入工艺里，不使用先方向的扫描光束带系统，而是使用宽带或丝带束,并同时向上或向下移动晶圆实现均匀的离子注入，如下图(b)所示。其他一些系统在y方向使用宽带束，并在x方向和晶圆一起摆动得到统一的离子注入。在先进的纳米集成电路制造中，单晶片离子注入系统已成为主流，如USJ源/漏形成，其中包括源漏扩展注入和源极/漏极离子注入工艺过程。

晶圆夹具必须带有冷却系统以带走由高能离子轰击产生的热量，并控制晶圆的温度;否则晶圆温度可能太高而造成光刻胶的网状组织化。通常晶圆的夹具是水冷式的，而温度被控制在100摄氏度以下。

01射线阻挡器

射线阻挡器位于射线的尾端，通常需要一个射线阻挡器或终点站吸收离子束能量。同时射线阻挡器也可以充当射束电流、射束能量和射束形状测量的离子束检测器。水冷式金属平板用于带走高能离子轰击所产生的热量，并阻挡标靶表面因带电离子快速停止而产生的X光辐射。

下图说明了一个射线阻挡器。离子束阻挡器的底部有一个离子检测器列阵，可以用来测量离子的能量与能量光谱、射束的电流和射束形状。离子束中有很多电子，这些电子主要来源于电荷中性化系统，例如电子注入系统、电子枪或其他可产生大量电子的电子源。如果这些电子进入射线阻挡器并碰撞到法拉第检测器时，就会减小电流的读数值，影响射束电流测量结果的准确性。因为电子的螺旋转动半径较小，所以利用永久磁铁产生磁场防止电子进入射束阻挡器中。磁场也可以防止石墨表面发射的二次电子进入后段加速电极中造成损坏。

02离子注入工艺过程

离子注入过程有三个主要问题:掺杂物形态，由离子的种类决定;晶体管的结深，由离子的能量决定;离子的浓度，由离子电流与注入的时间决定。

03离子注入在元器件中的应用

集成电路芯片制造过程中，在硅晶圆表面上制造几百万个微小的、具有功能性的晶体管时将涉及很多离子注入过程。因为对掺杂物浓度与结深有不同的要求，这些注入的离子能量与离子束电流也十分不同。在先进半导体生产中，可采用不同种类的注入机以满足这些条件。

下表列出了应用于32nmCMOS芯片中的低能量、高电流离子注入技术。右列的符号和数字为掺杂同位素或分子（离子能量单位为keV,剂量为离子/cm2）。例如，PMOS管SD注入的B11/0.4/1E15表示使用11（11B）离子，能量为0.4keV,剂量为1x10^15离子/cm2。NMOS管的SDE As2_150/2/5E14表示使用原子量为150离子的气体砷（As2）,或能量为2keV、剂量为5X10^14离子/cm2的两个75As。

 

　　审核编辑：汤梓红