离子注入技术在MOSFET单元阵列之间和连接方面的应用

在DRAM生产中，离子注入技术被应用于减少多晶硅和硅衬底之间的接触电阻，这种工艺是利用高流量的P型离子将接触孔的硅或多晶硅进行重掺杂。下图所示为离子注入技术在MOSFET单元阵列之间和连接方面的应用。

因为离子注入工艺直接与微电子元器件性能有关，所以需要具有器件物理背景才能对离子注入过程有更深的了解。强烈推荐读者学习Streetman and Banerjee编写的Solid State Electronic Devices和Sze编写的Physics of Semiconductor Devices,2ed"'。

离子注入技术的其他应用

 

当器件尺寸继续缩小时，由自然背景的a粒子衰变引起的“软误差”问题将变得越来越严重，特别对于存储类芯片。每一个。粒子将在硅衬底中产生超过100万个电子-空穴对，所以存储芯片电容器的电容或晶体管必须足够大，以避免存储资料在a衰变发生时被浪涌电子覆写，这些浪涌电子来自a衰变粒子产生的电子-空穴对。下图显示了通过a粒子产生电子-空穴对的过程。

当器件的尺寸缩小时，电容将呈线性减小。解决这个问题的一个方法是釆用绝缘体上硅（SOI）衬底，下图所示为制作在绝缘体上硅衬底上的互补型CMOS电路。

从下图可以看出，每一个晶体管都形成于自己的硅衬底区域，完全与相邻的晶体管及硅衬底隔绝，因此完全消除了交叉干扰、闭锁及软误差的可能性。以绝缘体上硅层结构为衬底的集成电路芯片，可以在一般集成电路芯片无法运作的极端条件下工作，例如高辐射环境。SOI集成电路芯片可以应用于太空用电子仪器，因为高流通量的宇宙辐射会使一般的硅集成电路芯片无法正常工作。

为了制造SOI衬底，方法之一就是使用高能量、高电流的离子注入（高达10的18次方离子/cm2）将氧离子注入到硅衬底形成富含氧的硅层。高温的加热退火过程可以引起硅与氧原子的化学反应从而形成二氧化硅深埋层，同时使表面附近的硅松弛并恢复成单晶结构。这个工艺过程称为注氧技术，简称SIMOX（见下图）。

另一种制作SOI晶圆的技术涉及高电流离子注入，这就是所谓的SmartCut（由Soitec公司命名）技术。这种技术需要氢离子注入到表面生长有氧化层的第一个晶圆内部产生富氢层,这个晶圆将和第二个晶圆在热过程中键合。在键合工艺中，富氢层将第一个晶圆裂开，在第二个晶圆表面形成氧化层和薄硅层（见下图）。由于SmartCut技术制造的SOI晶圆（尤其是厚埋氧层SOI）具有更低的成本，所以占据了SOI晶圆的主要市场。

离子注入也被用于光刻胶硬化，以提高其在IC晶圆刻蚀过程中的阻挡作用。离子注入还用于在光刻/凝固/光刻/刻蚀（LFLE）双图形化工艺技术中，作为凝固的方法之一。

在硬盘驱动器（HDD）产业发展中，离子注入是产生隔离磁性的图形化磁碟的方法之一,另一种方法则需要综合金属腐蚀、非磁性材料沉积和平坦化技术。下图（a）显示了基于刻蚀的图形化工艺，下图（b）显示了基于离子注入的图形化过程。虽然离子注入过程比刻蚀过程有较低的成本，然而仍有很多问题需要解决。

审核编辑：刘清