半导体行业（九十一）

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32nm CMOS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11B离子，能量为0．4kev，剂量为1×10的15次方/cm2。NMOS管的SDE As2_150/2/5E14表示使用原子量为150离子的气体砷，或能量为2kev、剂量为5×10的14次方离子/cm2的两个75As。

阱区注入的工艺说明如下图所示，是高能量离子注入过程，因为它需要形成阱区建立MOS晶体管。NMOS晶体管形成于P型阱区内，而P型晶体管形成于N型阱区。

为了防止结串通的离子注入技术称为中度阱区注入，用来抑制结击穿效应，因为结击穿将造成晶体管崩溃。大角度倾斜（large-AngleTilt，LAT，通常为35。·45。）注入或大倾角注入用来抑制集成电路芯片的结击穿问题。

临界注入也称为VT调整注入，是一个低能量、低剂量的注入过程。临界注入决定了一定电压下可以开启或关闭MOS晶体管，这个电压称为临界电压（國值决定MOSFET在什么电压下可以打开或关闭。

Vt表示栅极材料和半导体衬底之间的电位差。在多晶硅栅情况下，它由多晶硅的掺杂浓度控制。表示表面电荷，它由预氧化清洁和栅氧化过程所决定；表示耗尽电荷量。通过离子注入调节，可以控制多数载流子浓度是单位的栅极电容，由栅介质材料娠及栅极介电层厚度决定。是衬底的费米电势。國值电压是MOSFET最重要的参数之一，而且离子注入调制是离子注入最关键的工艺之一。

例如，一些旧的电子元器件需要12v的直流供电电压，而大部分的电子电路需要5v或3．3v即可工作，大部分先进集成电路芯片在1.0V就可以工作。低功耗IC芯片的工作电压甚至低于0.4v。这些操作电压必须比临界电压高才能确保晶体管开启或关闭，然而它们却不能高于使栅极氧化层击穿。下图显示了CMOS集成电路芯片的阈值电压调整注入，或值电压调整注入通常使用与阱区注入相同的注入机，都是在使能量注入工艺中进行，如下图所示。

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