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离子植入物

半导体制造过程中关键掺杂剂的注入。
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描述

离子注入器是晶圆厂的主要工具之一,用于将关键掺杂剂注入器件中。离子注入使源/漏极和芯片其他部分的发展成为可能。

在整个植入器市场中有三个主要部分:大电流;medium-current;和高能。大电流植入器用于源/漏发展。中电流工具用于井内植入。高能植入器用于深井植入。

在平面器件中,第一个主要的植入步骤发生在线的前端(FEOL)。简而言之,器件经过浅沟槽隔离(STI)过程,该过程将芯片分成两部分。器件的一部分是PMOS,另一部分是NMOS。这两个部分都注入了单独的掺杂剂,这些掺杂剂也被称为植入物。在该步骤之后,退火用于激活掺杂剂。

采用中电流注入器,通常将砷和磷等掺杂剂注入PMOS,而硼可用于NMOS。通常,中电流植入器的最大能量范围约为900keV(三电荷),剂量范围为E11至E14。

另一个重要而独立的植入步骤发生在设备源/漏部的形成过程中。在平面器件中,有三种基本的植入物:光晕;源/漏延伸;最后的来源/消耗。通常,这些植入物是由高电流植入器提供的。

随着finfet和3D NAND技术的发展,离子注入面临的挑战正在发生变化。在平面设计中,植入器通常将掺杂剂垂直注入衬底,这是一个简单的过程。

然而,对于finfet和3D NAND,工具必须以各种不同的角度植入掺杂剂。而植入器可能会偏离目标,从而影响器件的均匀性和产量。因此,对于finfet和3D NAND,下一代植入器必须更精确,并提供更好的剂量控制。

与平面一样,finfet也需要使用中电流的植入体。但传统的垂直或零度植入对finfet来说是行不通的。

同时,在finfet中,芯片制造商可能会消除一些高电流植入步骤。对于源漏掺杂,芯片制造商可以在外延过程中使用原位掺杂,而不是植入。源/漏扩展掺杂仍然可以通过精细植入物进行,以避免损坏。

在任何情况下,用于finfet源极/漏极的植入物必须以精确的角度输送。最大的挑战是所谓的来自抗蚀剂的阴影效应,这可能会影响植入物的精度。

而在7纳米及以上,挑战将会升级。例如,植入者可能很难将掺杂剂注入微小的鳍而不留下一些损伤。因此,该行业正在探索一系列未来的选择,例如结合沉积和植入优点的混合工具。还有一些人开发出了未来的晶体管,完全消除了离子注入的需要。

在一项未来工具技术中,应用材料公司、GlobalFoundries公司、Imec公司和SK海力士公司最近描述了一项名为离子辅助沉积和掺杂(IADD)的新技术,该技术可用于下一代finfet。IADD结合了沉积和注入技术,从等离子体源中提取离子,然后将其定向到晶圆上。然后,该工具经历离子辅助沉积过程。该工具可以在25度角的3 kev过程中提供约6个敲入的砷原子。

在另一个应用中,日清最近展示了一种加热离子注入技术,用于硅绝缘体上的finfet。在流动中,源漏延伸是在室温下或使用砷和其他离子加热形成的。研究人员启用了20nm和11nm厚的SOI finfet,它们通过退火完美结晶。

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