最後更新:2026年10月8日離子佈植・熱處理離子佈植・熱處理中國大陸:注入剂量

佈植劑量(Dose)是什麼

Implant Dose

佈植劑量是指離子佈植時,打入晶圓單位面積的離子總數(atoms/cm²)。加速能量決定「打到多深」,劑量則決定「打入多少」。控制方式是將法拉第杯量測到的束流電流對時間積分,也就是計數電荷;從臨界電壓調整的10¹¹量級到源極/汲極的10¹⁶量級,各製程所需劑量相差數個數量級。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

佈植劑量是指離子佈植時,打入晶圓單位面積的離子總數,單位為atoms/cm²。加速能量決定「打到多深」,劑量則是決定「打入多少」的參數;這2者可以各自獨立控制,正是離子佈植取代熱擴散的最大理由。

實際的控制是透過電流的累積來進行。以法拉第杯量測到達晶圓的離子束電流,將對時間積分所得的電荷量除以每個離子的電荷數,即可求得離子數。由於在達到目標劑量時即停止離子束,佈植本質上是一個「計數電荷」的製程。這裡的問題在於二次電子與充電效應(charge-up):電荷累積在絕緣膜上時,束流電流的量測值會產生偏差,同時也會造成閘極絕緣膜崩潰(充電損傷),因此佈植時會以電子噴淋(electron shower)一邊中和一邊進行。

各製程的劑量相差數個數量級。用於調整臨界電壓的通道摻雜屬於10¹¹~10¹²atoms/cm²的低劑量,井區形成為10¹²~10¹³,源極/汲極與接觸區的高濃度層則為10¹⁵~10¹⁶atoms/cm²的高劑量。這個差異直接決定設備的分工:低~中劑量使用中電流佈植機,高劑量使用高電流佈植機。

在高劑量佈植中,劑量越高,矽晶體越受破壞而趨向非晶化。適度的非晶化可抑制通道效應、使分布更一致,但若過度,即使退火也無法完全恢復,會以EOR(End of Range)缺陷的形式殘留,成為接面漏電流的原因。劑量不僅決定電性,也同時決定了晶格損傷的程度。

面內均勻性也是重要的管理項目。由於是讓離子束掃描整片晶圓(或以機械方式移動晶圓)來進行佈植,掃描速度的不均會直接變成劑量的偏差。佈植結果最終以退火後的片電阻進行量測,並以面內分布圖的形式評估均勻性。

佈植劑量(Dose)的常見問題

佈植劑量如何控制?
以法拉第杯量測到達晶圓的離子束電流,從對時間積分所得的電荷量算出打入的離子數。由於在達到目標值時即停止離子束,離子佈植本質上是一個「計數電荷」的製程。
不同製程的劑量相差多少?
調整臨界電壓的通道摻雜為10¹¹~10¹²atoms/cm²,井區形成為10¹²~10¹³,源極/汲極與接觸區的高濃度層為10¹⁵~10¹⁶atoms/cm²,依製程相差數個數量級。這個差異直接決定高電流佈植機與中電流佈植機的分工。
充電效應為什麼會造成問題?
電荷累積在絕緣膜上時,束流電流的量測值會產生偏差而使劑量失準,而且電位差會導致閘極絕緣膜崩潰,造成充電損傷。標準對策是以電子噴淋一邊中和正電荷一邊進行佈植。

相關設備・材料

比較文章

所屬主題