半導體離子注入工藝講解

阱區注入的工藝說明如下圖所示，是高能量離子注入過程，因為它需要形成阱區建立MOS晶體管。NMOS晶體管形成于P型阱區內，而P型晶體管形成于N型阱區。

為了防止結串通的離子注入技術稱為中度阱區注入，用來抑制結擊穿效應，因為結擊穿將造成晶體管崩潰。大角度傾斜（Large angle tilt，LAT,通常為35°~45°）注入或大傾角注入用來抑制集成電路芯片的結擊穿問題。

臨界注入也稱為VT調整注入，是一個低能量、低劑量的注入過程。臨界注入決定了一定電壓下可以開啟或關閉MOS晶體管，這個電壓稱為臨界電壓（VT）。閾值決定MOSFET在什么電壓下可以打開或關閉，它可以表示為：

VT表示柵極材料和半導體襯底之間的電位差。在多晶硅柵情況下，它由多晶硅的摻雜濃度控制。表示表面電荷，它由預氧化清潔和柵氧化過程所決定;表示耗盡電荷量。通過離子注入調節VT，可以控制多數載流子濃度Nc。是單位的柵極電容，由柵介質材料及柵極介電層厚度L決定。是襯底的費米電勢。閾值電壓是MOSFET最重要的參數之一，而且片離子注入調制是離子注入最關鍵的工藝之一。

例如，一些舊的電子元器件需要12V的直流供電電壓，而大部分的電子電路需要5V或3.3V即可工作，大部分先進集成電路芯片在1.0V就可以工作。低功耗IC芯片的工作電壓甚至低于0.4Vo這些操作電壓必須比臨界電壓高才能確保晶體管開啟或關閉，然而它們卻不能高于使柵極氧化層擊穿。下圖顯示了CMOS集成電路芯片的閾值電壓調整注入，閾值電壓調整注入通常使用與阱區注入相同的注入機，都是在使能量注入工藝中進行，如下圖所示。

多晶硅需要離子重摻雜以降低電阻系數，這可以通過在沉積過程中使用臨場摻雜方式將硅的反應氣體和摻雜物氣體一同引入CVD反應器中，或者利用高電流多晶硅摻雜離子注入實現。對于先進的互補型CMOS芯片，注入摻雜普遍使用，因為注入摻雜可以分別摻雜P型晶體管的多晶態柵極和N型多晶態柵極。一般情況下,P型晶體管的多晶硅柵是P型重摻雜，而N型晶體管的多晶硅柵是N型重摻雜,這樣可以使元器件有很好的性能控制。這些形成局部連線的多晶硅導線也將產生PN結界面,而這個PN結位于CMOS電路的相鄰PMOSFET柵極與NMOSFET柵極的交匯處。PN結必須在后續的金屬硅化物過程中，通過在多晶硅導線上方形成金屬硅化物加以短路，否則將在相鄰柵極之間形成非常高的電阻。

一般情況下，多晶硅離子注入需要兩個光刻版，一個用于NMOS,另一個用于PMOS。為了降低生產成本，多晶硅補償反摻雜技術已經發展并已在IC生產中應用。在沒有光刻版的條件下，它首先采用離子注入將整個晶圓摻雜成重N型，然后圖形化晶圓曝光顯示出PMOS并摻雜成P型多晶硅層。P型摻雜濃度非常高，是通過雜質補償將多晶硅從N型反轉成P型的。由于等離子摻雜系統可以實現高摻雜濃度，所以已開發用于實現這種工藝。下圖所示為重P型(硼摻雜)多晶硅反轉工藝。

審核編輯：湯梓紅