功率MOSFET接触孔注入...对激活效果及器件性能的影响_颜树范.pdf
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1、38 电子技术 第 52 卷 第 5 期(总第 558 期)2023 年 5 月Electronics 电子学0 引言 功率场效应管(MOSFET)作为电流驱动器件,应用在移动通信、新能源汽车、变频家电、工业电网变电等多个领域。按照研究机构Yole最新预测,今后十年功率MOSFET依旧保持3%以上稳定增长趋势。MOSFET 阱区部分在悬空不接电极的情况下,源极和阱之间偏置电位的不稳定导致阈值电压波动(背栅效应),为了有效控制阈值电压稳定性,阱区需通过大剂量注入形成欧姆接触,并和源区短接的方式固定到相同电位。1 研究背景大剂量离子是通过大电流高能粒子束作业机注入的,由于离子注入会产生晶格损伤,同
2、时由于注入后离子仅停留在晶格间隙,注入后需要进一步热退火过程把离子。修复晶格缺陷所需温度为500以上,而激活离子,使离子归位到激活点,则需要800以上的高温过程。随着大电流注入机注入剂量增大,真空稳定性问题的存在会在单步注入工艺作业中产生40100次的注入中断。中断次数增多导致工艺时法拉第部件机械运动次数过多,增加颗粒风险。本文将研究不同注入剂量搭配不同激活条件下的激活总量变化趋势,并探索不同注入-激活组合对器件电学性能的影响。2 注入退火仿真离子注入后在晶圆表面各深度区域离子分布是不同的,伴随着激活的热过程,离子在激活的过程中也会随着扩散使注入离子重新分布。通过检测不同区域离子浓度(或电阻率
3、)来描绘离子注入-激活后的分布情况。本节基于TCAD Sentaurus进行工艺级物理模型的仿真。2.1 激活效率图1描述了不同热过程后离子热激活后分布状态,其中,蓝色虚线代表离子注入后低温/短时间完全激活后载流子浓度理想分布,绿色虚线代表离子注入后通过高温/长时间完全激活后载流子浓度理想分布。在分布图中,虚线波峰区域大致反映了离子作者简介:颜树范,上海华虹宏力半导体制造有限公司二厂工程一部;研究方向:集成电路制造。收稿日期:2022-08-08;修回日期:2023-05-12。摘要:阐述接触孔大剂量离子注入会引起颗粒问题,而离子注入剂量太小会导致背栅效应,引起开启电压不可控。本文通过仿真探索
4、接触孔离子注入退火后的激活效果,并通过实验验证不同注入条件及退火条件对器件的影响,试图找到合适的工艺窗口。关键词:集成电路制造,功率MOSFET,接触孔注入,接触孔退火,离子激活。中图分类号:TN405,TN722.75文章编号:1000-0755(2023)05-0038-04文献引用格式:颜树范.功率MOSFET接触孔注入退火工艺对激活效果及器件性能的影响J.电子技术,2023,52(05):38-41.功率MOSFET接触孔注入退火工艺对激活效果及器件性能的影响颜树范(上海华虹宏力半导体制造有限公司二厂工程一部,上海 201203)Abstract This paper describe
5、s that high dose ion implant could cause defect during wafer fabrication,while low dose ion have potential risk for Vth uncontrollable.It mainly discuss ion active result by process simulation on ion implant and thermal process.It also discuss how contact implant and thermal process affect MOSFET,an
6、d try to find a proper window for current process.Index Terms integrated circuit manufacturing,power MOSFET,contact implant,contact thermal anneal,ion activation.Analysis of Influence of Power MOSFET Contact Hole Injection Annealing Process on Activation Effect and Device PerformanceYAN Shufan(Shang
7、hai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Co.,Ltd.Plant 2 Engineering Department 1,Shanghai 201203,China.)电子技术 第 52 卷 第 5 期(总第 558 期)2023 年 5 月 39Electronics 电子学注入深度范围。由于激活热过程不同,高温/长时间下载流子分布峰值正中往两边扩散,再分布后曲线较低温/短时更平滑。然而,不同热过程激活情况下,激活效率也有所不同。温度越低,杂质离子越不容易激活,因此,实际情况可能如各自对应的实线所示:低温短时间下仅靠注入表面的离子被大部分激
8、活,但越往深处激活效果越差(蓝实线)。如果想要远离表面位置的离子同时激活,则需要提升热过程,使温度/时间达到一定程度,这样才能使实际有效离子分布接近理想(绿色虚/实线)。实线和虚线大部分重叠的表现,是注入离子完全激活的状态。同样比较低温过程(蓝色虚/实线),实际激活和理想激活分布曲线有较大差异,通常将这种状况定义为未激活(或半激活)。除激活效率外,激活总量也是一个关键因素。激活总量定义为不同位置/浓度的积分,即各自分布曲线所围面积。激活总量和注入剂量、激活温度、激活时间密切相关,适当降低(增加)注入剂量,增加(降低)激活温度能够使激活总量维持不变。本篇第三节将基于相近激活总量研究不同注入、热激
9、活对产品电性参数的影响。2.2 激活时间影响维持注入剂量和激活温度不变,比较不同激活时间下载流子分布差异。图2是对注入浓度为1E15 二氟化硼掺杂离子,温度1 000,退火时间分别为20s/30s/40s条件下激活量分布的仿真曲线,其中B Total为仿真模型给出全激活状态下浓度分布,B Active则是实际激活条件下浓度分布,不一定为全激活状态。从仿真分布结果看,由于热过程是高温条件,无论哪个时间条件下,离子几乎全激活(BActive和B Total几乎重合),在全激活下,不同时间退火后的已激活离子分布无明显差异。图3是对注入浓度为1E14 二氟化硼掺杂离子,温度800,退火时间分别为20s
10、/30s/40s条件下激活量分布的仿真曲线,此时由于退火温度不够,都处于未激活状态,同样仿真结果给出BActive和B Total差别较大的结论。但比较不同时间下激活离子分布,曲线依旧是重合的。综合以上全激活和未激活状态下激活量随时间变化趋势的分析,可以得出初步结论:无论离子是否处于完全激活状态,热退火时间对激活效率和激活总量的影响很小。2.3 注入浓度影响比较不同注入剂量下在未激活状态下(800)的载流子分布差异。仿真给出了注入浓度分别在1E15/8E14/6E14/4E14/2E14/1E14下分布状况,图4中,前5组条件未达到全激活状态,最后1组条件(1E14)则已经接近完全激活。单独观
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