離子注入技術(shù)在MOSFET單元陣列之間和連接方面的應(yīng)用

在DRAM生產(chǎn)中，離子注入技術(shù)被應(yīng)用于減少多晶硅和硅襯底之間的接觸電阻，這種工藝是利用高流量的P型離子將接觸孔的硅或多晶硅進行重摻雜。下圖所示為離子注入技術(shù)在MOSFET單元陣列之間和連接方面的應(yīng)用。

因為離子注入工藝直接與微電子元器件性能有關(guān)，所以需要具有器件物理背景才能對離子注入過程有更深的了解。強烈推薦讀者學習Streetman?and?Banerjee編寫的Solid?State?Electronic?Devices和Sze編寫的Physics?of?Semiconductor?Devices,2ed"'。

離子注入技術(shù)的其他應(yīng)用

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當器件尺寸繼續(xù)縮小時，由自然背景的a粒子衰變引起的“軟誤差”問題將變得越來越嚴重，特別對于存儲類芯片。每一個。粒子將在硅襯底中產(chǎn)生超過100萬個電子-空穴對，所以存儲芯片電容器的電容或晶體管必須足夠大，以避免存儲資料在a衰變發(fā)生時被浪涌電子覆寫，這些浪涌電子來自a衰變粒子產(chǎn)生的電子-空穴對。下圖顯示了通過a粒子產(chǎn)生電子-空穴對的過程。

當器件的尺寸縮小時，電容將呈線性減小。解決這個問題的一個方法是釆用絕緣體上硅（SOI）襯底，下圖所示為制作在絕緣體上硅襯底上的互補型CMOS電路。

從下圖可以看出，每一個晶體管都形成于自己的硅襯底區(qū)域，完全與相鄰的晶體管及硅襯底隔絕，因此完全消除了交叉干擾、閉鎖及軟誤差的可能性。以絕緣體上硅層結(jié)構(gòu)為襯底的集成電路芯片，可以在一般集成電路芯片無法運作的極端條件下工作，例如高輻射環(huán)境。SOI集成電路芯片可以應(yīng)用于太空用電子儀器，因為高流通量的宇宙輻射會使一般的硅集成電路芯片無法正常工作。

為了制造SOI襯底，方法之一就是使用高能量、高電流的離子注入（高達10的18次方離子/cm2）將氧離子注入到硅襯底形成富含氧的硅層。高溫的加熱退火過程可以引起硅與氧原子的化學反應(yīng)從而形成二氧化硅深埋層，同時使表面附近的硅松弛并恢復(fù)成單晶結(jié)構(gòu)。這個工藝過程稱為注氧技術(shù)，簡稱SIMOX（見下圖）。

另一種制作SOI晶圓的技術(shù)涉及高電流離子注入，這就是所謂的SmartCut（由Soitec公司命名）技術(shù)。這種技術(shù)需要氫離子注入到表面生長有氧化層的第一個晶圓內(nèi)部產(chǎn)生富氫層,這個晶圓將和第二個晶圓在熱過程中鍵合。在鍵合工藝中，富氫層將第一個晶圓裂開，在第二個晶圓表面形成氧化層和薄硅層（見下圖）。由于SmartCut技術(shù)制造的SOI晶圓（尤其是厚埋氧層SOI）具有更低的成本，所以占據(jù)了SOI晶圓的主要市場。

離子注入也被用于光刻膠硬化，以提高其在IC晶圓刻蝕過程中的阻擋作用。離子注入還用于在光刻/凝固/光刻/刻蝕（LFLE）雙圖形化工藝技術(shù)中，作為凝固的方法之一。

在硬盤驅(qū)動器（HDD）產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，離子注入是產(chǎn)生隔離磁性的圖形化磁碟的方法之一,另一種方法則需要綜合金屬腐蝕、非磁性材料沉積和平坦化技術(shù)。下圖（a）顯示了基于刻蝕的圖形化工藝，下圖（b）顯示了基于離子注入的圖形化過程。雖然離子注入過程比刻蝕過程有較低的成本，然而仍有很多問題需要解決。

審核編輯：劉清