離子注入技術(shù)主要有以下幾方面的優(yōu)點:
(1)注入的離子是通過質(zhì)量分析器選取出來的,被選取的離子純度高,能量單一,從而保證了摻雜純度不受雜質(zhì)源純度的影響即摻雜純度高。
(2)注入劑量在1011一1017離子/cm2的較寬范圍內(nèi),同一平面內(nèi)的雜質(zhì)均勻度可保證在±1%的精度。大面積均勻摻雜
(3)離子注入溫度低,襯底一般是保持在室溫或低于400℃。因此,像二氧化硅、氮化硅、光刻膠,鋁等都可以用來作為選擇摻雜的掩蔽膜。對器件制造中的自對準(zhǔn)掩蔽技術(shù)給予更大的靈活性,這是熱擴(kuò)散方法根本做不到的。
(4)離子注入深度是隨離子能量的增加而增加。 可精確控制摻雜濃度和深度
(5)根據(jù)需要可從幾十種元素中挑選合適的N型或P型雜質(zhì)進(jìn)行摻雜。能容易地?fù)饺攵喾N雜質(zhì)
(6)離子注入時的襯底溫度較低(小于600℃ ),這樣就可以避免高溫擴(kuò)散所引起的熱缺陷。同時橫向效應(yīng)比熱擴(kuò)散小得多。
(7)表面濃度不受固溶度限制,可做到淺結(jié)低濃度 或深結(jié)高濃度。
離子注入技術(shù)也以下3方面的缺點:
(1)會產(chǎn)生缺陷,甚至非晶化,必須經(jīng)高溫退火加以改進(jìn)
(2)設(shè)備相對復(fù)雜、相對昂貴(尤其是超低能量離子注入機(jī))
(3)有不安全因素,如高壓、有毒氣體
目前常用的解決方法有三種
(1)是將硅片相對注入的離子運動方向傾斜一個角度,7度左右最佳;
(2)是對硅片表面鋪上一層非結(jié)晶系的材料,使入射的注入離子在進(jìn)入硅片襯底之前,在非結(jié)晶層里與無固定排列方式的非結(jié)晶系原子產(chǎn)生碰撞而散射,這樣可以減弱溝道效應(yīng);(表面用SiO2層掩膜)
(3)是用Si, Ge, F, Ar等離子對硅片表面先進(jìn)行一次離子注入,使表面預(yù)非晶化,形成非晶層 (Pre-amorphization) 然后進(jìn)入離子注入。
這三種方法都是利用增加注入離子與其他原子碰撞來降低溝道效應(yīng)