等离子体离子注入PIII和在集成电路工艺中的应用.pdf

2000年10月 ·广西 ·北海 第七届全国固体薄膜学术会议 等离子体离子注人 (P工工工)和在集成电路 工艺中的应用 阂靖 邹子英 吴晓虹 (上海市计量测试技术研究院材料室，上海200233) 摘要:本文介绍等离子体离子注人 (P工工I)以及P工工工在浅结注人、5工MOX和SmartCut以 及杂质吸杂工艺中的研究。 1.引言 等离子体浸没离子注人 P工工工(Plasma工，rsion工onImplantation)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 的注人，非平面器件结构 t〔rench)共形掺杂，铜内引线选择化学镀，SIMOX,SmartCut 和杂质吸除等方面。 P工工工具有突出的优点:(1)无质量选择装置，无离子束扫描装置所以设备简单，易于 运行 易于维修。(2)具有高密度离子 (100^1011/cm)的等离子体，离子注人的束流可 达1016/cm3-s(3)大面积注人 (4)对不规则表面可进行注人 5〔)注人时间短 (6)成本低。 本文介绍PHI的原理和在VLSI工艺中的应用。 2.PIII技术11‘ P工I工装置示意图如图1所示。气体在等离子体源室由电子回旋共振ECR1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人工艺室。 当脉冲或直流高压负偏压加人被加工的样品 衬〔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。 注人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100amp/n结[71 亚100nmp/n结是形成亚微米(MOS技术的关键。用PIII技术制作p/n结 ，硅片首 先浸没在SiF4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CZB一12Sl.cm的硅片在SiF4等离子体中进行预非晶化，硅片上加一4KV直流 偏压，离子注人10秒左右可获得预非晶化所需的mCx/0311 的剂量。然后在BF〕等离子体 中进行掺杂注人.硅片上加一2KV偏压，注人剂量为1.2x10/cma。注人后用RTA于10600C 退火1秒，这样侧得硼的表面浓度为mx/0,c1111 .结深为80nm，方块电阻为44712/。 4. SPIN幻-vg31[ SO工技术被誉为2几世纪的集成电路技术，注氧隔离S工MOX(Seperationby工mplantation ofoxygen)是so工中主流技术之一。用PHI技术制备SIMOX硅片称为SPIMOX(Seperation 勿Plasma工mplantationofOxygen),SP工MON与传统的用束线离子注人相比有如下优点: 注人时间极短，一般为1^-5分钟，且注人时间与硅片直径无关，而传统的束线离子注人比 211洲〕年01月.】西‘ ·北海 第七届全国固体薄膜学术会议 Plll注人时间长数十倍。Pln能大面积注人。所以制作sPI加Ox可望减少成本. 在制备sPI加ox时，用氧气作为等离子体离子源，注人时衬底硅片上加05一57Kv直流 负偏压，氧离子注人剂量为 7双061/配~4x1v0l/c淤，注人时间一般为 1一5帷n，注人后的 样品在1300一135ooc，N:中退火3一sho 这样制备的sPIMox为薄05工材料，x丁E”观察可知一般顶硅层厚02一05二，埋人的51。: B〔ox)层厚02~05二。图2是用5工毗测得的氧浓度的深度分布，点线为用Plll注人后 未退火的样品，实线为退火后的样品，图中标示了顶硅层 T〔Pos)i和Bxo的深度。 美国siliocnGneo51公司已逐步把P工11技术用于生产。组建了月生产几万硅片生产 线，并与日本KomatsuEiectron主c”etal。公司合作发展P工工工技术，用于sP工”ox和智能 剥离。 5.智