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イオン注入

最終更新日
出典方針
公式資料・公開資料を優先
対象範囲
front-end / unit-process

イオン注入は、シリコン中へ特定の元素を打ち込み、電気的な性質を調整する工程です。 トランジスタのソース・ドレイン形成やしきい値制御など、デバイス性能の核心に関わります。

  • ボロン、リン、ヒ素などのイオンを加速する
  • 必要な位置へ必要な量だけ導入する
  • その後の熱工程で活性化し、結晶損傷を回復させる
  • 注入量
  • エネルギー
  • 深さ方向の分布
  • マスクとの整合
  • チャネリング抑制
パラメータ何を選定するか注意点
Dose導入するドーパント量多すぎると接合リークや損傷回復の負荷が増える
Energyどの深さまで入れるか浅い接合では低エネルギー制御が重要になる
Tilt / rotation結晶方向に沿った入り込みを避けるチャネリング抑制とマスク整合の両方を判定する
Mask stack入れたい領域と止めたい領域を分けるレジスト、酸化膜、ハードマスクの厚みが影響する
Anneal condition活性化と損傷回復拡散しすぎると浅い接合の形が崩れる

注入直後は、結晶にダメージが入り、ドーパントも十分に活性化されていません。
熱工程によって格子を回復させ、期待する電気特性へ近づけます。 活性化と拡散のトレードオフ、RTP / flash / laser anneal の違い、thermal budget の分類軸は 熱工程・アニールと thermal budget に分けて分類しています。

どの工程とセットで判定するか

Section titled “どの工程とセットで判定するか”

イオン注入は単独で完結しません。前段のパターン形成、注入後の熱工程、表面状態の管理と接続します。

成膜やエッチングが を整える工程だとすると、イオン注入は 性質 を選定する工程です。

同じ形状でも、どの元素を、どの深さに、どの量だけ入れるかで電気特性は変化します。 そのため、イオン注入は「材料を入れる工程」というより、トランジスタの動作点を合わせるための電気特性調整工程として判定すると判定材料にしやすくなります。

注入量がずれると、しきい値、接合抵抗、リーク、ばらつきに影響します。 エネルギーや角度が合わない場合は、浅い接合が深くなりすぎたり、マスク下へ入り込んだりします。 熱工程が強すぎると拡散で形が崩れ、弱すぎると活性化不足や損傷残りが問題になります。

このため、イオン注入は注入装置だけでなく、マスク、前洗浄、熱工程、電気検査まで含めて突き合わせます。