离子注入作者

掺杂激活:注入后的电学作用与扩散

掺杂剂激活描述引入的掺杂原子中能发挥电学作用的部分。注入把原子送入晶体并造成损伤;后续加热可修复损伤,使部分原子进入电学活性位点。激活与扩散是不同结果,在所选硅工艺 Flow 中须分别检查 [T1]。

物理与机制

注入原子不会因为存在就自动具有电学活性,其晶格位置和残余缺陷都重要。方块电阻或载流子测量反映电学行为,深度分布描述原子位置;单一测量无法回答全部问题 [T1]。

Process checkpoint · 工艺坐标

40nmPCNStep 102
工艺截面示意图 · 40nm BSI CMOS Image Sensor · 步骤 102

理解 VSS and Periphery P-Well Contact Ion Implantation 的工艺作用

定位所选注入操作和初始掺杂分布;不能从截面图推断电活性比例。

与「掺杂激活:注入后的电学作用与扩散」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · PCN · Step 102

  1. 1. VSS and Periphery P-Well Contact IIP
  2. 2. Dopants Activation
查看这一步的工艺作用账户访问范围在步骤页确认

激活与扩散经历同一段热历史

同一热历史可能提高电学活性比例,也可能改变掺杂深度分布。两者的平衡取决于掺杂种类、起始损伤和材料;更高活性不意味着结区形状保持不变 [T1]。

注入产生的点缺陷可能暂时加速扩散。因此,起始结构是晶态还是非晶态,会影响退火结果的解读;单靠工艺名称不能预测最终活性比例或结区分布 [T1]。

沿公开 Flow 看所选步骤

40nm BSI CMOS 图像传感器 Flow 中,VSS and Periphery P-Well Contact IIP 位于较后的 Dopants Activation 之前,两者之间还有去胶清洗步骤。所选学习路线比较各步骤职责,并非完整配方,也不是激活率的直接测量 [T1]。

注入窗口在光刻胶上图形化后的真实截面
① 光刻开出注入窗口——掺杂原子只能进入光刻胶暴露的区域
离子注入经窗口打入衬底后的真实截面
② 注入引入掺杂原子与损伤;图像无法判定电活性比例
激活退火后的真实截面
③ 稍后的激活处理改变损伤与电活性比例;后续加热仍可能改变分布

公开 40nm Flow 的光刻、所选注入与稍后激活画面;所选两步之间另有去胶清洗。

换一个器件时先核什么

分析其他器件时,先确认掺杂剂、基体材料、引入方式、起始损伤及后续热步骤,再将电学测量与化学深度分布对照,才能判断激活是否达到目标 [T1]。

参考来源

[T1] 教科书2000

Silicon VLSI Technology - Full

James D. Plummer, Michael D. Deal, Peter B. Griffin

Silicon VLSI Technology · ISBN 978-0130850379

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常见问题

什么是注入后的掺杂激活?
它描述已引入掺杂原子中起电学作用的比例。后续处理可修复注入损伤并改变该比例,但单靠截面图无法测出。
激活是否意味着掺杂原子不会扩散?
不是。电活性与化学深度分布要分别测量;取舍受掺杂种类、初始损伤与热历史影响。
所链接 Flow 的注入与激活是否相邻?
不相邻。所选 40nm 注入与激活步骤之间还有灰化及去胶清洗。学习路线是选学路径,并非完整连续工序。

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