离子注入与传统热扩散工艺区别

离子注入工艺是集成电路制造的主要工艺之一，它是指将离子束加速到一定能量（一般在keV 至Mev 量级范围内)，然后注入固体材料表层内，以改变材料表层物理性质的工艺。在集成电路工艺中，固体材料通常是硅，而注入的杂质离子通常是硼离子、磷离子、砷离子、铟离子、锗离子等。注入的离子可改变固体材料表层电导率或形成 pn 结。当集成电路的特征尺寸缩小到亚微米时代后，离子注入工艺得到了广泛应用。

与通过传统热扩散工艺进行掺杂的方式相比，离子注入掺杂具有如下优点。

（1）通过调节注人的能量和剂量来改变注人离子的深度和浓度，可以获得对衬底内部比表面浓度更高的杂质离子分布，而这是扩散工艺无法实现的。

（2）进入衬底材料的入射离子虽然会因为碰撞发生很小的横向偏移，但总体来说可以按照掩膜图形在所需的位置获得掺杂，而且掩膜材科可以是包括光刻胶在内的任意半导体工艺常用的材料，非常有利于提高集成度。 （3）离子注入利用扫描的方法在圆片上顺次打入离子，突破扩散工艺中固溶度的限制，可以得到更高的浓度、更浅的结深、更均匀的分布。 在集成电路制造工艺中，离子注入通常应用于深埋层、倒掺杂井、阈值电压调节、源漏扩展注入、源漏注入、多晶硅栅掺杂、形成pn结和电阻/电容等。在绝缘体上硅（SOI）衬底材料制备工艺中，主要通过高浓度氧离子注入的方法来形成埋氧层，或者通过高浓度氢离子注入的方法来实现智能切割(Smart Cut)。离子注入是通过离子注入机来完成的，其最重要的工艺参数是剂量和能量：剂量决定了最终的浓度，而能量决定了离子的射程 （即深度）。根据器件设计需求的不同，注入的条件分为大剂量高能量、中剂量中能量、中剂量低能量或大剂量低能量等。为了获得理想的注入效果，针对不同的工艺要求，应配备不同的注入机。离子注入后，一般要经过高温退火过程，用以修复离子注入导致的晶格损伤，同时激活杂质离子。在传统集成电路工艺中，虽然退火温度对掺杂有很大影响，但离子注入工艺本身的温度并不关键。在14nm 以下技术节点，某些离子注入工艺需在低温或高温的环境下进行，这样可以改变晶格损伤等的影响。

审核编辑：彭静