现代IC制造工艺下离子注入技术的研究

论文摘要

离子注入是现代集成电路制造中一项非常重要的技术。随着微电子技术的发展,器件尺寸越来越小,集成度越来越高,半导体工艺也越来越复杂,离子注入技术已成为近几十年来在国际上得到蓬勃发展和广泛应用的高新技术,并在整个IC产业的发展过程中扮演着极其重要的角色。论文首先介绍了离子注入技术的原理及特点,并与传统的热扩散掺杂进行比较,在此基础上讨论了在实际工艺中离子注入掺杂时应注意的几个问题。由于离子注入具有对掺杂浓度、深度的可控性以及稳定的可重复性,因此该工艺成为VLSI生产中不可或缺的掺杂技术,在现代集成电路制造中发挥着越来越重要的作用。借助器件/工艺仿真工具ISE-TCAD,本文对离子注入及退火工艺进行了模拟和仿真,并对影响离子注入的几个参数进行了优化设计。结合现代CMOS工艺条件下NMOS管的实际生成过程,分别从杂质注入剂量、注入能量、注入角度以及退火时间和温度等条件下进行了仿真模拟,并得到了与实际生产较为吻合的仿真结果。根据仿真结果:当注入剂量为7.0e+15 cm-2,注入能量为20kev时对应掺杂浓度较高;注入能量为60kev,退火温度为1150℃,退火时间为25s时结深达到最大值,这对于在实际工艺中如何控制结深及掺杂浓度分布提供了一定的指导意义。最后,结合半导体工艺进入更小尺寸工艺后器件出现的新问题,文章预测了半导体集成电路发展对离子注入技术的挑战,并据此分析了离子注入技术的发展趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 半导体制造工艺概述
• 1.2 离子注入技术对IC 产业发展的意义
• 1.3 本文结构
• 第二章 离子注入技术概述与特点分析
• 2.1 离子注入技术的原理
• 2.1.1 概念
• 2.1.2 离子注入系统
• 2.1.3 离子注入参数
• 2.2 离子注入技术的特点
• 2.2.1 离子注入的优点
• 2.2.2 离子注入的缺点
• 2.3 离子注入工艺中应注意的几个问题
• 2.3.1 注入损伤
• 2.3.2 沟道效应
• 2.3.3 退火
• 第三章 与离子注入相关工艺研究及离子注入仿真模拟
• 3.1 多次注入及掩膜
• 3.1.1 离子注入区域的杂质浓度
• 3.1.2 离子多次注入及掩膜
• 3.2 倾斜角度离子注入
• 3.3 高能量与大电流注入
• 3.4 离子注入仿真模拟
• 3.4.1 离子注入命令说明
• 3.4.2 离子注入仿真结果分析
• 3.4.3 小结
• 第四章 离子注入技术在现代集成电路制造工艺中的应用
• 4.1 离子注入在浅结形成中的作用
• 4.1.1 浅结
• 4.1.2 超浅结
• 4.2 离子注入与隔离技术
• 4.3 阈值电压的控制与调节
• 4.4 埋层结构
• 4.4.1 深埋层
• 4.4.2 穿通阻挡层
• 4.5 其他应用
• 4.5.1 轻掺杂漏区
• 4.5.2 源漏注入
• 4.5.3 多晶硅栅
• 4.5.4 沟槽电容器
• 4.6 离子注入层的评估
• 第五章 现代半导体产业发展对离子注入技术的挑战
• 5.1 漏电流
• 5.2 浅结面
• 5.3 尺寸缩小与隔离
• 5.4 成本
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文所做的工作
• 6.2 离子注入技术展望
• 参考文献
• 致谢