等离子体离子注入(PIII)与在集成电路工艺中的应用.pdfVIP

2000年10月·广西·北海 第七届全国固体薄膜学术会议 等离子体离子注入(PIII)和在集成电路 工艺中的应用 闵靖 邹子英 吴晓虹 (上海市计量测试技术研究院材料室，上海200233) 及杂质吸杂工艺中的研究。 1．引言 Immersion Ion 等离子体浸没离子注入PIII(Plasma Implantation)最初是用于金 属材料表面改性的。九十年代起逐步地把它应用于VLSI工艺领域。先后用于100nmp+／n结 和杂质吸除等方面。 PIII具有突出的优点：(1)无质量选择装置，无离子束扫描装置所U设备简单，易于 运行．易于维修。(2)具有高密度离子(i0”～10“／cm3)的等离子体，离子注入的束流可 本文介绍PIII的原理和在VLSI工艺中的应用。 2．PIII技术‘11 PIII装置示意图如图1所示。气体在等离子体源室由电子回旋共振ECRI离化成等离 子体。电子回旋共振由2．54GHZ和磁场共同作用而产生。等离子体通过扩散进入工艺室。 当脉冲或直流高压负偏压加入被加工的样品(村底)上时，样品附近的电子被排斥，留下 密度均匀的离子阵鞘。在等离子体边界与负偏置的样品之间离子阵鞘能承受数万伏的电压。 鞘中的正离子受偏压的作用被加速注人样品。 注入样品中的离子的能量和角度完全被注人气体的气压，负偏压，离子的电荷状态和 样品的形状所决定。 3．PIII制作亚lOOnmp+／n结”’ 先浸没在SiF。等离子体中非晶化，然后浸没在BF，等离子体中掺杂，PIII掺杂以后，对硅 片进行快速热退火(RTA)以便活化掺进的硼。 用N型CZ 8—12n．cm的硅片在si^等离子体中进行预非晶化，硅片上加一4KV直流 偏压，离子注八i0秒左右可获得预非晶化所需的3X10“／cIn2的剂量。然后在BF，等离子体 退火1秒，这样测得硼的表面浓度为ixlO”／cm3．结深为80hm，方块电阻为447Q／。 4． SPI]帕X[3-7】 by SOl技术被誉为21世纪的集成电路技术．注氧隔离SIMOX(SeperationImplantation of Plasma of by Implantation Oxygen)。SPIMOX与传统的用柬线离子注A相比有如下优点： 注入时间极短，一般为1～5分钟，且注入时间与硅片直径无关，而传统的束线离子注入比 2000年10月·广西·北梅 第七届全国固体薄膜学术会议 PIII注入时阊长数十倍。PIII能太面积注人．所以制作SPIMOX可望减少成本。 在镧各SPIMOX时，用氧气作为等离子体离子源，注入时衬底硅片上加50～75KV直流 样品在13 00～1350。c，N2中退火3～5h。 (BOX)层厚20～50nm。图2是用SIMS测得的氧浓度的深度分布．点线为用PIll注入后 未退火的样品．实线为退火后的样品，图中标示了顶硅层(TopSi)和BOX的深度。 美国SiliconGensis公司已逐步把PIII技术用于生产。组建了月生产几万硅片生产 Electronic 线，并与日本Komatsu 剥离。 CutfB_’1 5．智能剥离Smart cuc Soitech公司于1995年开发了一种结合离子注入和硅片键合的新技术称为Smart (智能剥离)，生产了名日Unibond的SOI硅片。 用PIII技术代替传统离子注入，在硅片中注入氨离子或氢离子，实行智能剥离。其优 点是注入时间短(1～3min)，如图3所示整个工艺为五个工序：用PIII技术，让氮离子或 氢离子注入抛光硅片A中。经亲水