離子注入與傳統熱擴散工藝區別

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 量級范圍內)，然后注入固體材料表層內，以改變材料表層物理性質的工藝。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率或形成 pn 結。當集成電路的特征尺寸縮小到亞微米時代后，離子注入工藝得到了廣泛應用。

與通過傳統熱擴散工藝進行摻雜的方式相比，離子注入摻雜具有如下優點。

（1）通過調節注人的能量和劑量來改變注人離子的深度和濃度，可以獲得對襯底內部比表面濃度更高的雜質離子分布，而這是擴散工藝無法實現的。

（2）進入襯底材料的入射離子雖然會因為碰撞發生很小的橫向偏移，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的任意半導體工藝常用的材料，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，突破擴散工藝中固溶度的限制，可以得到更高的濃度、更淺的結深、更均勻的分布。 在集成電路制造工藝中，離子注入通常應用于深埋層、倒摻雜井、閾值電壓調節、源漏擴展注入、源漏注入、多晶硅柵摻雜、形成pn結和電阻/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現智能切割(Smart Cut)。離子注入是通過離子注入機來完成的，其最重要的工藝參數是劑量和能量：劑量決定了最終的濃度，而能量決定了離子的射程 （即深度）。根據器件設計需求的不同，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，針對不同的工藝要求，應配備不同的注入機。離子注入后，一般要經過高溫退火過程，用以修復離子注入導致的晶格損傷，同時激活雜質離子。在傳統集成電路工藝中，雖然退火溫度對摻雜有很大影響，但離子注入工藝本身的溫度并不關鍵。在14nm 以下技術節點，某些離子注入工藝需在低溫或高溫的環境下進行，這樣可以改變晶格損傷等的影響。